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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Technik von Blechbiegemaschinen, insbesondere auf eine NC-Blechbiegemaschine mit zwei mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und variabler Krümmung betriebenen Walzen, bei welcher ein Blech zwischen einer oberen starren Walze und einer unteren starren Walze geführt wird und dabei der Unterschied der oberflächlichen Lineargeschwindigkeiten der beiden Walzen dazu genutzt wird, um das Blech in Richtung auf die Seite mit geringerer Geschwindigkeit zu biegen.
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Technischer Hintergrund
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Zur Herstellung von Zylinderkörpern unterschiedlicher Krümmung mittels einer herkömmlichen Zwei-Walzen-Blechbiegemaschine müssen Stahlwalzenformen mit verschiedenen Durchmessern eingesetzt werden. Bei drei- oder vierwalzigen Blechbiegemaschinen ist eine stufenweise Einstellung der relativen Position zwischen den Walzen erforderlich, um nach dem Prinzip der sogenannten Drei-Punkt-Umformung Zylinderkörper unterschiedlicher Durchmesser oder Zylinderkörperabschnitte mit variabler Krümmung zu erzeugen. Daraus ergibt sich jedoch eine geringe Produktionseffizienz. Mit herkömmlichen Blechbiegemaschinen, egal ob sie mit zwei, drei oder vier Walzen ausgeführt sind, kann daher keine hocheffektive Umformung beliebiger Abschnitte mit variabler Krümmung erreicht werden.
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Um das Problem, wie die Umformkrümmung und -richtung eines Metallbleches während dessen Walzbiegevorgangs geändert werden können, zu lösen, schlägt die vorliegende Erfindung eine NC-Blechbiegemaschine mit zwei mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und variabler Krümmung betriebenen Walzen vor, bei der das Blech zwischen zwei sich mit unterschiedlichen Lineargeschwindigkeiten auf einander zu drehenden starren Walzen geführt und in Richtung auf die Seite mit geringerer Geschwindigkeit gebogen wird. Dazu wird der Unterschied der Lineargeschwindigkeiten der beiden Walzen eingestellt, um die Umformkrümmung und -richtung des Bleches zu ändern und somit ein NC-Blechbiegen mit variabler Krümmung zu realisieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine NC-Blechbiegemaschine mit zwei mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und variabler Krümmung betriebenen Walzen anzubieten, bei welcher ein Metallblech zwischen zwei sich mit unterschiedlichen Lineargeschwindigkeiten auf einander zu drehenden starren Walzen geführt und in Richtung auf die Seite mit geringerer Geschwindigkeit gebogen wird. Dazu wird der Unterschied der Lineargeschwindigkeiten der beiden Walzen eingestellt, um die Umformkrümmung und -richtung des Metallbleches zu ändern und dadurch ein NC-Blechbiegen mit variabler Krümmung zu realisieren.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine NC-Blechbiegemaschine mit zwei mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und variabler Krümmung betriebenen Walzen und ein Verfahren zu deren Betrieb gelöst, welche Blechbiegemaschine ein Gerüst 8, eine obere Walze 1, eine untere Walze 2, einen oberen Antrieb 4 und einen unteren Antrieb 11 umfasst, wobei die obere Walze 1 und die untere Walze 2 parallel zueinander an dem Gerüst 8 angebracht sind und der obere Antrieb 4 die Drehung der oberen Walze 1 und der untere Antrieb 11 die Drehung der unteren Walze 2 steuert, und wobei es sich sowohl bei dem oberen Antrieb 4 als auch bei dem unteren Antrieb 11 um einen Servoantrieb handelt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die NC-Blechbiegemaschine mit zwei mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und variabler Krümmung betriebenen Walzen ferner eine hydraulische Einrichtung 6 und einen Hydrozylinder 10 umfasst, wobei die hydraulische Einrichtung 6 mit dem Hydrozylinder 10, dem Antrieb 4 und dem Antrieb 11 verbunden ist und der Hydrozylinder 10 eine Auf- und Abbewegung der unteren Walze 2 bewirkt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Hydrozylinder 10 in einer Anzahl von zwei bereitgestellt wird und die untere Walze 2 auf zwei zugeordneten Hydrozylindern 10 gelagert ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die NC-Blechbiegemaschine mit zwei mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und variabler Krümmung betriebenen Walzen ferner ein Untergestell 9 umfasst, an dem das Gerüst 8 und die hydraulische Einrichtung 6 fest angebracht sind.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die NC-Blechbiegemaschine mit zwei mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und variabler Krümmung betriebenen Walzen ferner eine numerische Steuereinrichtung 7 umfasst, die an dem Untergestell 9 angebracht und mit der numerischen Steuereinrichtung 7 verbunden ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass innerhalb des oberen Antriebs 4 und des unteren Antriebs 11 ein Servomechanismus angeordnet ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich sowohl bei der oberen Walze 1 als auch bei der unteren Walze 2 um eine starre Walze handelt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die NC-Blechbiegemaschine mit zwei mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und variabler Krümmung betriebenen Walzen zusätzlich mit einem Sensor 5 versehen ist, der an der unteren Walze 2 und dem Gerüst 8 angebracht ist und dazu dient, einen absoluten Abstandswert zwischen der unteren Walze 2 und der oberen Walze 1 zu ermitteln.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der obere Antrieb 4 und der untere Antrieb 11 als Servomotor ausgebildet sind.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine neuartige Blechbiegemaschine zu schaffen, bei der im Gegensatz zu dem Umformprinzip herkömmlicher Blechbiegemaschinen durch eine NC-Einstellung des Unterschieds der Lineargeschwindigkeiten zweier Walzen erreicht wird, dass ein Blech in verschiedenen radialen Lagen jeweils gestaucht oder gedehnt wird, um die Umformkrümmung des Bleches zu ändern und somit ein NC-Blechbiegen mit variabler Krümmung zu ermöglichen.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist die obere Walze an dem Gerüst und dieses wiederum an dem Untergestell befestigt. Die untere Walze ist auf zwei zugeordneten Hydrozylindern gelagert, welche eine Auf- und Abbewegung der unteren Walze bewirken können. An beiden Enden der oberen und der unteren Walze ist jeweils ein Antrieb angeordnet, der mit der hydraulischen Einrichtung verbunden ist. Des Weiteren steht die numerische Steuereinrichtung mit der hydraulischen Einrichtung in Verbindung und gibt einen Aktionsbefehl aus.
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Erfindungsgemäß kann nach der Aufwärtsbewegung der unteren Walze mit dem an der unteren Walze und dem Gerüst angebrachten Sensor ein absoluter Abstandswert zur oberen Walze ermittelt werden, welcher Abstandswert hier als Einpressbetrag bezeichnet wird. Dabei bestimmt die Größe des Einpressbetrags eine von der oberen und der unteren Walze auf das Blech aufgebrachte Last, die in angemessener Größe eine Reibungskraft erzeugen kann, was sich als vorteilhaft für die plastische Verformung des Bleches erweist.
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Um eine gewünschte Umformkrümmung zu erhalten, muss erfindungsgemäß lediglich der Unterschied der Lineargeschwindigkeiten der oberen und der unteren Walze geändert werden. Je größer der Unterschied der Lineargeschwindigkeiten ist, desto höher ist die Umformkrümmung des Metallbleches nach dem Walzbiegen. Je kleiner der Unterschied der Lineargeschwindigkeiten ist, desto geringer ist die Umformkrümmung des Metallbleches nach dem Walzbiegen. Darüber hinaus sind sowohl die obere Walze als auch die untere Walze als starre Walze ausgebildet. Innerhalb sowohl des oberen Antriebs als auch des unteren Antriebs ist ein Servomechanismus eingebaut. Auf diese Weise lässt sich eine Echtzeit-Rückmeldung und -Einstellung der Lineargeschwindigkeiten der oberen und der unteren Walze erreichen, um durch Ändern des Unterschieds der Lineargeschwindigkeiten der oberen und der unteren Walze eine Umformung beliebiger Abschnitte mit variabler Krümmung zu realisieren.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist mit Hilfe des Sensors und der numerischen Steuereinrichtung eine Selbstnivellierung der unteren Walze während ihrer Aufwärtsbewegung vorgesehen, um eine Parallelität zwischen unterer Walze und oberer Walze während eines Walzbiegevorgangs und damit die Qualität eines Werkstückes variabler Krümmung zu gewährleisten.
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Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer zweiseitig synchronen Antriebseinrichtung an beiden Enden sowohl der oberen Walze als auch der unteren Walze kann vorteilhafterweise ein einseitiger Antrieb vermieden werden, welcher ansonsten zu einer Torsionsverformung der Walzenoberfläche und einer damit verbundenen Verwindung und Runzelbildung des Werkstückes führen würde.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird eine numerische Steuerung eines Walzbiegevorgangs mit variabler Krümmung ermöglicht, indem Finite-Elemente-Modellierungen und mathematische Modellrechnungen für Metallbleche mit unterschiedlichen Blechdicken und aus unterschiedlichen Materialien vorgenommen und die Ergebnisse mit den Versuchsdaten verglichen wurden, um die Einwirkungen verschiedener Prozessparameter zu ermitteln und eine entsprechende Datenbank zu erstellen, woraus sich eine Zuordnung verschiedener gewünschter Umformkrümmungen zu den Parametern ergibt.
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Mit der oben beschriebenen NC-Blechbiegemaschine mit zwei mit variabler Krümmung betriebenen Walzen, die einfach aufgebaut ist, unter numerischer Steuerung anders als herkömmliche Blechbiegemaschinen betrieben wird und eine stabile Funktionalität bietet, kann vorteilhafterweise eine Umformung beliebiger Abschnitte mit variabler Krümmung erreicht werden, was bei herkömmlichen Blechbiegemaschinen, egal ob sie mit zwei, drei oder vier Walzen ausgeführt sind, unmöglich ist. Es muss kein mehrfacher Biegevorgang durchgeführt werden, wodurch die Produktionsleistung erheblich erhöht wird. Insgesamt zeichnet sich eine derartige Blechbiegemaschine durch einfachen Aufbau, angemessene Gestaltung, einfachen Bearbeitungsvorgang, niedrige Kosten, leichte Montierbarkeit, hohe Laufgenauigkeit, hohe Verschleißfestigkeit und erhöhte Gesamtleistung aus.
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Darstellung der Abbildungen
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Es zeigen
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1 einen bevorzugten Aufbau der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung eines Blechbiegevorgangs;
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3 einen axialen Schnitt durch einen Umformbereich zum Biegen eines Bleches nach oben;
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4 einen axialen Schnitt durch einen Umformbereich zum Biegen eines Bleches nach unten.
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Konkrete Ausführungsformen
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand konkreter Ausführungsformen näher beschrieben.
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Zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen wird nachstehend auf konkrete Ausführungsbeispiele eingegangen.
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Erste konkrete Ausführungsform: Aus 1 und 2 geht eine NC-Blechbiegemaschine mit zwei mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und variabler Krümmung betriebenen Walzen hervor, die ein Gerüst 8, eine obere Walze 1, eine untere Walze 2, einen oberen Antrieb 4, einen unteren Antrieb 11 und eine numerische Steuereinrichtung 7 umfasst. Hierbei ist die obere Walze 1 an dem Gerüst 8 und dieses wiederum an einem Untergestell 9 befestigt. Die untere Walze 2 ist auf zwei zugeordneten Hydrozylindern 10 gelagert, welche eine Auf- und Abbewegung der unteren Walze 2 bewirken können. An beiden Enden der oberen Walze 1 und der unteren Walze 2 ist jeweils ein oberer Antrieb 4 bzw. ein unterer Antrieb 11 angeordnet. Zudem ist eine hydraulische Einrichtung 6 mit den Hydrozylindern 10, dem Antrieb 4 und dem Antrieb 11 verbunden, während die numerische Steuereinrichtung 7 mit der hydraulischen Einrichtung 6 in Verbindung steht und einen Aktionsbefehl an die hydraulische Einrichtung 6 sendet.
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Innerhalb des oberen Antriebs 4 und des unteren Antriebs 11 ist ein Servomechanismus angeordnet. Es handelt sich sowohl bei der oberen Walze 1 als auch bei der unteren Walze 2 um eine starre Walze.
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Zweite konkrete Ausführungsform: Ausgehend von der ersten konkreten Ausführungsform umfasst die NC-Blechbiegemaschine mit zwei mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und variabler Krümmung betriebenen Walzen ferner einen Sensor 5, der an der unteren Walze 2 und dem Gerüst 8 angebracht ist und dazu dient, einen absoluten Abstandswert (Einpressbetrag) c zwischen unterer Walze 2 und oberer Walze 1 zu ermitteln. An beiden Enden der oberen Walze 1 und der unteren Walze 2 ist jeweils eine hochgenaue Geschwindigkeitsmess-, Rückmelde- und Steuereinrichtung angeordnet. Es handelt sich sowohl bei dem oberen Antrieb 4 als auch bei dem unteren Antrieb 11 um einen Servoantrieb.
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Um eine gewünschte Biegekrümmung zu erhalten, muss lediglich der Unterschied der Lineargeschwindigkeiten der oberen Walze 1 und der unteren Walze 2 geändert werden. Je größer der Unterschied der Lineargeschwindigkeiten ist, desto höher ist die Umformkrümmung des Bleches nach dem Walzbiegen. Je kleiner der Unterschied der Lineargeschwindigkeiten ist, desto geringer ist die Umformkrümmung des Bleches nach dem Walzbiegen. Mit den hochgenauen Geschwindigkeitsmess-, Rückmelde- und Steuereinrichtungen an beiden Enden der oberen Walze 1 und der unteren Walze 2 lässt sich eine Echtzeit-Rückmeldung und -Steuerung der aktuellen Lineargeschwindigkeiten der oberen Walze 1 und der unteren Walze 2 erreichen.
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Erfindungsgemäß kann mit Hilfe des Sensors 5 und der numerischen Steuereinrichtung 7 eine Selbstnivellierung der unteren Walze 2 während ihrer Aufwärtsbewegung realisiert werden, um eine Parallelität zwischen unterer Walze 2 und oberer Walze 1 während eines Walzbiegevorgangs und damit die Qualität eines Werkstückes variabler Krümmung zu gewährleisten.
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Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer zweiseitig synchronen Antriebseinrichtung an beiden Enden sowohl der oberen Walze 1 als auch der unteren Walze 2 kann vorteilhafterweise ein einseitiger Antrieb vermieden werden, welcher ansonsten zu einer Torsionsverformung der Walzenoberfläche und einer damit verbundenen Verwindung und Runzelbildung des Werkstückes führen würde.
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Ein Verfahren zum Betreiben der oben erläuterten NC-Blechbiegemaschine mit zwei mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und variabler Krümmung betriebenen Walzen umfasst folgende Schritte:
- Schritt 1: Wie in 2 dargestellt ist, wird ein Metallblech 3 zwischen die obere Walze 1 und die untere Walze 2 gelegt und die numerische Steuereinrichtung 7 gibt einen Befehl aus, um über die hydraulische Einrichtung 6 eine Aufwärtsbewegung der unteren Walze 2 mittels der Hydrozylinder 10 zu bewirken, so dass die obere Walze 1 und die untere Walze 2 zusammengedrückt werden und so auf das Metallblech 3 einwirken;
- Schritt 2: Es werden der obere Antrieb 4 und der untere Antrieb 11 eingeschaltet, um die obere Walze 1 und die untere Walze 2 jeweils mit einer voreingestellten Lineargeschwindigkeit zu betreiben, wobei das Blech, wenn die Lineargeschwindigkeit der oberen Walze 1 geringer als die Lineargeschwindigkeit der unteren Walze 2 ist, in seiner unteren Lage gedehnt und in seiner oberen Lage gestaucht und somit nach oben gebogen wird, oder, wenn die Lineargeschwindigkeit der oberen Walze 1 höher als die Lineargeschwindigkeit der unteren Walze 2 ist, nach unten gebogen wird.
- Schritt 3: Während des Betriebes werden die Lineargeschwindigkeiten der oberen Walze 1 und der unteren Walze 2 über die numerische Steuereinrichtung 7 eingestellt, um in einem beliebigen Abschnitt des Metallbleches 3 entlang dessen Längenrichtung eine gewünschte Krümmung zu erreichen.
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Im Schritt 1 kann nach der Aufwärtsbewegung der unteren Walze 2 mit dem an der unteren Walze 2 und dem Gerüst 8 angebrachten Sensor 5 ein absoluter Abstandswert (Einpressbetrag) c zwischen der unteren Walze und der oberen Walze 1 ermittelt werden, wobei der Einpressbetrag c zwischen oberer und unterer Walze geringer als die Blechdicke t sein soll. Hierbei bestimmt die Größe des Einpressbetrags c eine von der oberen Walze 1 und der unteren Walze 2 auf das Blech aufgebrachte Last, die in angemessener Größe eine Reibungskraft in Umfangsrichtung und eine Presskraft in Dickenrichtung erzeugen kann, was sich als vorteilhaft für die plastische Verformung und Umformung des Bleches erweist.
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In der schematischen Darstellung eines Blechbiegevorgangs gemäß 2 sind die obere Walze 1, die untere Walze 2 und das Metallblech 3 zu erkennen, wobei die gezeigte Form des Metallbleches dadurch entsteht, dass die Lineargeschwindigkeit der oberen Walze 1 zunächst geringer und dann höher als die Lineargeschwindigkeit der unteren Walze 2 ist.
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3 zeigt einen axialen Schnitt durch einen Umformbereich zum Biegen eines Bleches nach oben. Da die obere Walze 1 und die untere Walze 2 unterschiedliche Lineargeschwindigkeiten haben, entsteht ein Unterschied der Lineargeschwindigkeiten (Geschwindigkeitsverhältnis). Weist die obere Walze 1 eine Lineargeschwindigkeit V1 und die untere Walze 2 eine Lineargeschwindigkeit V2 auf, so erhält man ein Lineargeschwindigkeitsverhältnis i = V2/V1. Wenn i > 1, liegt in dem Intervall S1 eine Druckspannung und in dem Intervall S2 eine Zugspannung vor, so dass das Blech nach oben gebogen (vorwärts gebogen) wird, siehe hierzu 3. Bei i < 1 unterliegt das Metallblech in dem Intervall S1 einer Zugspannung und in dem Intervall S2 einer Druckspannung und wird so nach unten gebogen (rückwärts gebogen), vgl. 4.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird eine numerische Steuerung zweier mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und variabler Krümmung betriebener Walzen realisiert, indem der Dehnungs- und Stauchvorgang von Metallblechen mit unterschiedlichen Blechdicken und aus unterschiedlichen Materialien mittels einer Finite-Elemente-Modellierung und mechanischer Berechnungen simuliert wird und dabei Versuchsdaten gesammelt werden, um die Einwirkungen verschiedener Prozessparameter zu ermitteln und eine entsprechende Datenbank zu erstellen, woraus sich eine Zuordnung verschiedener gewünschter Biegekrümmungen zu Geschwindigkeitsverhältnissen i ergibt. Es hat sich herausgestellt, dass beim Biegen von Metallblechen mit unterschiedlichen Blechdicken und unterschiedlichen Stoffeigenschaften eine regelmäßige Zuordnung des jeweils verwendeten Geschwindigkeitsverhältnisses i zu der entstandenen Krümmung zu erwarten ist.
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Bisher wurden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und offenbart, die, wie oben erwähnt, weder Einschränkung der Erfindung noch Ausschluss anderer Ausführungsbeispiele darstellen. Vielmehr sind die in der vorliegenden Beschreibung enthaltenen Offenbarungen auf andere verschiedene Kombinationen, Varianten und Situationen übertragbar und können im Rahmen der Erfindungsgedanken aufgrund der vorangehend erläuterten Lehre oder aufgrund der Technik oder der Kenntnisse auf diesem Gebiet geändert werden. Jede den Fachleuten auf diesem Gebiet naheliegende Abänderung oder Modifikation, welche von den Grundideen der Erfindung ausgeht, fällt in den Schutzumfang der beiliegenden Patentansprüche der Erfindung.
