DE3519382A1

DE3519382A1 - Walzenbiegevorrichtung

Info

Publication number: DE3519382A1
Application number: DE19853519382
Authority: DE
Inventors: Kenji Suita Osaka Kawaguchi; Akio Amagasaki Hyogo Yoshida
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1984-05-30
Filing date: 1985-05-30
Publication date: 1985-12-05
Anticipated expiration: 2005-05-31
Also published as: US4761979A; DE3519382C2

Description

ihr Zeichen Your ref.	Ihr Schreiben vom Your letter of	Unser Zeichen Our ref.	Datum Date
		M/SOG-129-DE	30. Mai 1985 Sj/hr




	Walzenbiegevorrichtung
Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Walzenbiegevorrichtung zur Herstellung von Metallteilen, beispielsweise zur Lagerhaltung. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, bezieht sich die Erfindung auf eine Dreiwalzen-Biegevorrichtung, in der die Krümmung des zu walzenden Materials automatisch gemessen werden kann und in der der Walzvorgang automatisch gesteuert werden kann, um ein Fertigprodukt mit gewünschter Krümmung zu erhalten.

Ein Dreiwalzen-Biegevorgang impliziert das Aufbringen eines Biegemomentes auf ein Material gleichzeitig mit dem Walzen des Materials zwischen zwei unteren Walzen

und einer oberen Walze, wobei das Biegemoment durch die obere Walze aufgebracht wird, die mit geeigneten Mitteln aufwärts und abwärts bewegt werden kann, wobei die Antriebskraft zur Bewegung des Materials von den unteren Walzen geliefert wird, die von Motoren angetrieben sind. Im allgemeinen erfolgt die Kontrolle bzw. Steuerung der Form des Materials von Hand. Nach jedem Walzstadium vergleicht nämlich ein Bedienungsmann die Form des gewalzten Materials mit

¹^ einer Schablone oder Lehre und stellt dann die Position der oberen Walze entsprechend ein, wobei er sich im wesentlichen auf seine Erfahrung und seine Intuition verläßt. Dieses Verfahren ist zeitraubend und ungenau und unterliegt Fehlern von Seiten des Bedienungsmannes.

¹^ Außerdem erfordert es die Herstellung einer großen Anzahl von Schablonen oder Lehren, da verschiedene Schablonen oder Lehren für jedes Walzstadium erforderlich sind, und auch bei einem gegebenen Walzstadium können mehr als eine Schablone oder Lehre erforderlich sein, da die Krümmung des zu walzenden Materials über seine Länge nicht konstant zu sein braucht.

Außerdem ist ein in hohem Maße geübter Bedienungsmann erforderlich, um die Einstellung der oberen Walze auf der Basis der gemessenen Form oder Gestalt des Materials vorzunehmen, da es schwierig ist, den Zusammenhang zwischen einer vorgegebenen Walzenposition und der resultierenden Form oder Gestalt des Materials nach dem Walzen vorher zu sagen.

Ein schwieriges Problem, das beim Dreiwalzen-Biegevorgang auftreten kann, besteht darin, daß sich ein Spalt zwischen der oberen Walze und dem zu walzenden Material auf Grund der Tatsache bilden kann, daß die Endbereiche des gewalzten Materials während des Walzens gerade bleiben. Da die unteren Walzen das Material nicht

transportieren können, wenn nicht die obere Walze das Material von oben andrückt, macht es ein derartiger Spalt unmöglich, das Material weiterzubewegen, und der

Walzvorgang kann nicht stattfinden. Die obere Walze 5

muß dann weiter abgesenkt werden, bis sie mit dem Werkstück in Berührung steht, aber durch das weitere Absenken der oberen Walze kann es vorkommen, daß das Werkstück übermäßig gebogen wird und somit nicht zu

verwenden ist.
10

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dreiwalzen-Biegevorrichtung anzugeben, die automatisch die Krümmung des gerade gewalzten Materials messen kann, so daß es für einen Bedienungsmann nicht erforderlich ist, die Krümmung

¹^ des Materials mit Schablonen oder Lehren manuell zu prüfen. Weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Dreiwalzen-Biegevorrichtung anzugeben, die automatisch einen Walzenbiegevorgang mit einer großen Vielfalt von Materialien und Formen durchführen kann.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Dreiwalzen-Biegevorrichtung besteht darin, daß sie in wirksamer Weise ein Material auch dann walzen kann, wenn sich ein Spalt zwischen dem Material und der oberen Walze der Vorrichtung bildet.

In einer erfindungsgemäßen Dreiwalzen-Biegevorrichtung sind zwei untere Walzen vorgesehen, die von Antriebsmotoren drehend angetrieben sind, um ein Werkstück zu tragen, das unterhalb einer oberen Walze angeordnet ist, die sich in vertikaler Richtung auf die unteren Walzen zu bewegen läßt. Eine Krümmungsmeßeinheit ist vorgesehen, die automatisch den Krümmungsradius des gerade gewalzten Werkstückes mißt und ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal liefert, das einer Rechen- und Anzeigeeinheit zugeführt wird, welche den Krümmungsradius auf der Basis des elektrischen Ausgangssignals berechnet und den gemessenen Wert für einen Bedienungs-

mann anzeigt. Die Krümmungsmeßeinheit umfaßt mindestens

drei Meßfühler, die auf einem Meßfühlerhalter angeordnet sind, wobei mindestens einer der Meßfühler ein beweglicher Meßfühler ist, dessen lineare Verschiebung ein 5

entsprechendes elektrisches Ausgangssignal liefert, während die übrigen Meßfühler stationäre Meßfühler sind. Ein Antriebszylinder der Krümmungsmeßeinheit bewegt den Meßfühlerhalter auf das Werkstück zu, bis sämtliche Meßfühler in festem Kontakt mit dem Werkstück stehen, wobei

in diesem Zustand das elektrische Ausgangssignal an die Rechen- und Anzeigeinheit angelegt wird.

Die Vorrichtung kann weiterhin eine Zentraleinheit oder CPU aufweisen, welche den Wert des Hubes der oberen Walze berechnet, der erforderlich ist, um einen gewünschten Krümmungsradius des Werkstückes zu erreichen, und zwar auf der Basis von von einem Bedienungsmann gelieferten Eingabewerten. Die Zentraleinheit steuert den Walzvorgang des Werkstückes und die Messung seines Krümmungs-

radius durch die Krümmungsmeßeinheit, so daß der Walzvorgang automatisch durchgeführt werden kann.

Die Vorrichtung kann weiterhin Hilfswalzen aufweisen, die jeweils den unteren Walzen der Vorrichtung gegenüberliegend angeordnet sind,.um das Werkstück gegen die unteren Walzen zu drücken und somit den unteren Walzen eine Bewegung des Werkstückes zu ermöglichen, auch wenn ein Spalt zwischen dem Werkstück und der oberen Walze existiert.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, an Hand der Beschreibung von Ausführung sbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Vorderansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dreiwalzen-Biegevorrichtung;

Fig. 2 eine Vorderansicht der Ausführungsform gemäß;

Figur 1 zur Erläuterung der Krümmungsmeßeinheit, die zur Messung der Krümmung eines Werkstückes verwendet wird;

Fig. 3 einen Längsschnitt des Hauptteiles der Krümmung smeßeinheit gemäß Figur 1;

Fig. 4 eine vergrößerte Vorderansicht des Endteiles der Krümmungsmeßeinheit gemäß Figur 2;

Fig. 5 eine der Figur 4 ähnliche vergrößerte Vorderansicht zur Erläuterung des Endteiles der Krümmungsmeßeinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dreiwalzen-Biegevorrichtung ;

Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Steuerungsablaufes, der von der Zentraleinheit bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 vorgenommen wird;

_ Fig. 8a, Querschnitte von verschiedenen Kanalteilen, 8b und 8c, bei denen die obere Oberfläche der Nut des Kanals unterhalb,in und oberhalb des elastischen Bereiches liegt;

Pig. 8 d, 8e dazugehörige Kräftediagramme; und 8 f

Fig. 9 ein Spannungs- Dehnungs- Diagramm

zur Erläuterung eines vereinfachten

Modells des Zusammenhanges zwischen Spannung und Dehnung für einen Dreiwalzen-Biegevorgang;

Fig. 10a schematische Darstellung zur Erläuterung und 10 c der tatsächlichen und angenommenen

Orte der plastischen Bereiche in einem Kanalteil, das mit einem Dreiwalzen-Biegevorgang gebogen wird;

Fig. 10b einen Querschnitt des Kanalteiles;

Fig. 11 eine schematische Darstellung eines

Werkstückes/ das mit einem Dreiwalzen-Biegevorgang gebogen wird zur Erläu

terung des Ortes der neutralen Oberfläche während des Biegens;

Fig. 12 ein vereinfachtes Biegemomentdiagramm zur Erläuterung des Biegemomentes des

Teiles des Werkstückes, das sich bei der Anordnung gemäß Figur 11 zwischen den Walzen befindet;

Fig. 13 ein Diagramm zur Erläuterung von berechneten Werten (untere Kurve) des Krümmungsradius eines Kupfer- Silber-Werkstückes als Funktion des Hubes der oberen Walze einer Dreiwalzen-Biegevorrichtung sowie von experimentell be

stimmten Werten (obere Kurve) für das

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selbe Material;
und in

Fig. 14 eine schematische Darstellung einer

weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der Hilfswalzen oberhalb der unteren Walzen vorgesehen sind.

_n In sämtlichen Figuren der Zeichnung werden durchgehend gleiche Bezugszeichen für gleiche oder entsprechende Teile verwendet. Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dreiwalzen-Biegevorrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Figur 1 bis 4 erläutert. Wie aus Figur 1

ersichtlich/ weist die Biegevorrichtung einen Walzbe-15

reich 100, mit dem ein Werkstück 700 gewalzt wird, einen Motor 200, der die obere Walze 110 des Walzbereiches 100 aufwärts und abwärts bewegt und ein Biegemoment auf das Werkstück 700 aufbringt, sowie eine Krümmungsmeßeinheit 300 auf, welche automatisch den Krümmungsradius des Werk-

Stückes 700 mißt und das Meßergebnis anzeigt.

Der Walzbereich 100 umfaßt eine obere Walze 110, die in vertikaler Richtung bewegbar ist, sowie zwei stationäre

untere Walzen 120 und 130. Die unteren Walzen 120 und 130 25

sind mit Antriebsmotoren 170 drehend angetrieben, während die obere Walze 110 eine angetriebene Walze ist, die durch die Bewegung des Werkstückes. 700 gedreht wird.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die drei Walzen

in Form einer Pyramide angeordnet, wobei die ihre Zentren 30

verbindenden Linien ein gleichschenkliges Dreieck bilden.

Die obere Walze 110 wird in vertikaler Richtung von einem Servomotor 200 bewegt. Anstelle eines Servomtors kann auch ein Schrittmotor, ein Hydraulikkolben oder eine andere

geeignete Einrichtung verwendet werden, um die obere 35

Walze 110 zu bewegen.

Die Struktur bzw. der Aufbau der Krümmungsmeßeinheit 300 ist im einzelnen in Figur 3 und 4 dargestellt. Der Zweck dieser Einheit besteht darin, den Krümmungsradius eines von dem Walzbereich 100 gebogenen Werkstückes genau zu messen und das Meßergebnis für einen Bedienungsmann anzuzeigen. Ein stationärer Hauptrahmen 310 (vgl. Fig. 3) trägt einen Verschiebungsrahmen 320, der längs einer geraden Linie längs des Hauptrahmens 310 auf den Walzbereich 100 zu und von diesem weg bewegbar ist. Der Verschiebungsrahmen 320 weist eine obere Platte 321 auf, die fest an einer unteren Platte 322 befestigt ist, die einen Keil 323 aufweist, der in einer im Hauptrahmen 310 ausgebildeten, geradlinigen Keilnut 311 verschiebbar ist.

Die obere Platte 321 des Verschiebungsrahmens 320 trägt drehbar eine drehbare Spannvorrichtung 330 mittels eines Kugellagers 331, das an der oberen Platte 321 montiert

ist. Die drehbare Spannvorrichtung 330 trägt in stabiler Weise einen Meßfühlerhalter 340, der in der Spannvorrichtung 330 mit Stellschrauben 334 gehalten ist, welche in Löcher in der Spannvorrichtung 330 eingeschraubt sind und gegen eine Fläche des Meßfühlerhalters 340 anliegen. Ein erster stationärer Meßfühler 350 ist starr an einem Ende des Meßfühlerhalters 340 montiert, und ein identischer zweiter stationärer Meßfühler 355 ist starr am gegenüberliegenden Ende des Meßfühlerhalters 340 montiert. Beide stationären Meßfühler 350 und 355 haben jeweils eine

zylindrische Stange, die mit einem Ende am Meßfühlerhalter 340 befestigt ist und einen Kontakt 351 bzw. 356 aufweist, der am anderen Ende befestigt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Kontakte als Stahlkugeln ausgebildet, jedoch können auch stattdessen klingenförmige Kontakte oder spitze Kontakte verwendet werden.

In der Mitte zwischen den beiden stationären Meßfühlern 350 und 355 ist ein Verschiebungsmeßgerät 360 vorgesehen. Das Verschiebungsmeßgerät 360 hat ein

_ zylindrisches Gehäuse 361, das fest am Meßfühlerhalter ο

340 befestigt ist. Das Gehäuse 361 trägt einen beweglichen Meßfühler 362 in der Weise, daß der bewegliche Meßfühler 362 in axialer Richtung des Gehäuses 361 in der durch Pfeile angedeuteten Richtung beweglich ist/ wenn an seinem äußeren Ende eine Kraft wirkt. Eine im Inneren des Gehäuses 361 untergebrachte, nicht dargestellte Feder drückt den beweglichen Meßfühler 362 normalerweise nach außen, so daß er über den Meßfühlerhalter 340 zumindest um die gleiche Strecke vorsteht wie die stationären Meßfühler 350 und 355; wenn 15

aber eine Kraft auf das äußere Ende des beweglichen Meßfühlers 362 ausgeübt wird, wird der Meßfühler 362 in dasGehäuse 361 gegen die Kraft der Feder hineingeschoben, und ein in dem Gehäuse 361 untergebrachter,

nicht dargestellter Sensor oder Abtaster, wie z.B. 20

ein Differenzumformer, mißt die lineare Verschiebung des beweglichen Meßfühlers 362 und erzeugt ein der Verschiebung entsprechendes, elektrisches Ausgangssignal. Wie die stationären Meßfühler 350 und 355

besitzt auch der bewegliche Meßfühler 362 eine zylin-25

drische Stange mit einem Kontakt 363 aus einer Stahlkugel, die an ihrem äußeren Ende befestigt ist. Sämtliche drei Meßfühler 350, 355 und 362 sind so angeordnet, daß sie in derselben Ebene parallel zu der Ebene der oberen Platte 321 liegen.

Die drehbare Spannvorrichtung 330 ist mit dem Kugellager 331 in der Weise gelagert, daß sie in einer Ebene parallel zu der Ebene der oberen Platte 321 des Verschiebungsrahmens 320 drehbar ist. Wie in Figur 4

dargestellt, ist jedoch ihre Drehung im Uhrzeigersinn durch einen Drehungsbegrenzer 390 begrenzt, der einen mit einer Schraube fest an der oberen Platte 321 befestigten Rahmen 392 sowie eine Stellschraube 391 aufweist, die von dem Rahmen 392 getragen ist und gegen die Seite des Meßfühlerhalters 340 anliegt, wenn die drehbare Spannvorrichtung 330 sich im Uhrzeigersinn dreht, wobei eine weitere Drehung verhindert wird. Eine Vorspannungsfeder 332 ist zwischen der oberen Platte 321 und der Seite der drehbaren Spannvorrichtung 330 mit Schrauben 333 befestigt. Die Feder 332 übt ein Drehmoment im Uhrzeigersinn auf die drehbare Spannvorrichtung 330 aus, so daß dann, wenn keine Kraft auf den zweiten stationären Meßfühler 355 wirkt, die drehbare Spannvorrichtung 330 sich drehen wird, bis die Seite des Meßfühlerhalters 340 fest gegen die Stellschraube 391 des Drehungsbegrenzers 390 anliegt.

Ein Antriebszylinder 370 ist fest am Hauptrahmen 310 befestigt, und zwar an dem dem Walzbereich 100 gegenüberliegenden Ende. Der Antriebszylinder 370 sollte in Abhängigkeit von einem elektrischen Eingangssignal kontrollierbar bzw. steuerbar sein, aber die Art und Weise, wie der Antriebszylinder 370 eine Kraft erzeugt, ist nicht wichtig. Er kann elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch angetrieben sein. Der Antriebszylinder 370 ist mit einem Kolben 371 versehen, der sich in Richtung des Walzbereiches 100 vorwärts und rückwärts bewegen läßt. Eine schlanke Stange 372 ist am äußeren Ende des Kolbens 371 befestigt. Diese Stange 372 ist von einem Zapfenlager 325 gelagert, das im Zenträum einer Stangenführungsplatte 324 ausgebildet ist, die fest an einem Ende der oberen Platte 321 montiert ist, so daß die Stange 372 durch die Stangenführungsplatte 324 in Richtung des Walzbereiches 100 vorwärts und rückwärts verschiebbar ist. Eine Druckfeder 373 ist konzentrisch um die Außenseite der Stange 372 zwischen der

-κ-

Endfläche des Kolbens 371 und der einen Seite der Stangenführungsplatte 324 angeordnet, so daß dann, wenn der Kolben 371 von dem Antriebszylinder 370 nach

außen bewegt wird, durch die Stangenführungsplatte 5

324 eine Kraft auf den Verschiebungsrahmen 320 ausgeübt wird, die dafür sorgt, daß der Verschiebungsrahmen 320 sich in Richtung des Walzbereiches 100 bewegt. Die Druckfeder 373 hat eine größere Federkonstante als die nicht dargestellte Feder innerhalb des Gehäuses 361, welche den beweglichen Meßfühler 362 nach außen drückt. Ein Begrenzungsring 374 ist fest am äuderen Ende der Stange 372 befestigt, um zu verhindern, daß die Stange 372 sich durch die Stangenführungsplatte 324 hindurchbewegt. Ein Begrenzungsschalter 380 ist fest an der

oberen Platte 321 des Verschiebungsrahmens 320 in der Nähe der Stangenführungsplatte 324 befestigt, so daß er dem äußeren Ende der Stange 372 gegenüberliegt. Der Begrenzungsschalter 380 ist elektrisch an den Antriebszylinder 370 angeschlossen, so daß dann, wenn das Ende

der STange 372 mit dem Begrenzungsschalter 380 in Kontakt steht, der Betrieb des Antriebszylinders 370 gestoppt wird.

Eine Rechen- und Anzeigeeinheit 395 ist elektrisch an das Verschiebungsmeßgerät 360 angeschlossen, um das elektrische Ausgangssignal von dem in dem Gehäuse 361 untergebrachten Verschiebungssensor als Eingangssignal zu erhalten. Auf der Basis des Pegels dieses Signals berechnet die Rechen- und Anzeigeeinheit 395

° dem Krümmungsradius des Werkstückes 700 und zeigt den Wert an.

Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf Figur 1 und 2 näher ^° erläutert. Figur 1 zeigt eine Vorderansicht zur Erläuterung des Zustandes der Vorrichtung, wenn das

■A*

-π- 3518382

Walzen gerade stattfinden soll. Der Kolben 371 des Antriebszylinders 370 ist zurückgezogen, und der Verschiebung srahmen 320 der Krümmungsmeßeinheit 300 ist ρ durch die Schwerkraft zum unteren Ende des in Figur 1 und 2 nicht dargestellten Hauptrahmens 310 gezogen, so daß die Bewegung des Werkstückes 700 nicht beeinträchtigt wird. Der Verschiebungsrahmen 320 ist von unten mit der Druckfeder 373 gelagert, die so gewählt

.Q ist, daß sie stark genug ist, um das Gewicht des Verschiebungsrahmens 320 zu tragen, wobei aber immer noch ein Spalt zwischen dem äußeren Ende der Stange 372 und dem Begrenzungsschalter 380 aufrechterhalten bleibt. Die unteren Walzen 120 und 130 werden von den Antriebs- _ motoren 170 im Uhrzeigersinn gedreht, und das Werkstück 700 wird von links nach rechts bei der dargestellten Anordnung gewalzt, wobei es eine Biegeverformung auf Grund des Biegemomentes erfährt, das von der oberen Walze 110 auf das Werkstück ausgeübt wird. Wenn das Werkstück 700 die Walzen passiert hat, werden die Antriebsmotoren 170 für die unteren Walzen 120 und 130 vom Bedienungsmann oder einer geeigneten automatischen Einrichtung angehalten, so daß das rechte Ende des Werkstückes sich über die rechte untere Walze 130

__ hinaus erstrecken wird, wie es Figur 2 zeigt. Der

Bedienungsmann schaltet dann den Antriebszylinder 370 ein, so daß dafür gesorgt wird, daß sich der Kolben 371 in Richtung des Werkstückes 700 ausdehnt. Der Verschiebung srahmen 320 wird zusammen mit dem Kolben 371 __n nach oben bewegt, wobei er von der Keilnut 311 im Hauptrahmen 310 geführt wird. Während dieser nach oben gerichteten Bewegung wird das äußere Ende der Stange 372 von dem Begrenzungsschalter 380 getrennt bleiben, und der Begrenzungsschalter 380 wird nicht aktiviert.

Wenn der Verschiebungsrahmen 320 die Nähe der Werkstückes 700 erreicht, wird der linke stationäre Meßfühler 355 mit der Oberfläche des Werkstückes 700 in

Kontakt kommen, und wenn der Kolben 371 fortfährt, den 5

Verschiebungsrahmen 320 nach oben zu bewegen, wird ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn auf die drehbare Spannvorrichtung 330 durch den stationären Meßfühler 355 ausgeübt. Die drehbare Spannvorrichtung 330 wird dann veranlaßt, sich im Gegenuhrzeigersinn gegen das Drehmoment zu drehen, das durch die Vorspannungsfeder 332 ausgeübt wird, bis sie die Position gemäß Figur 2 erreicht, in der beide stationären Meßfühler 350 und 355 in festem Kontakt mit der Oberfläche des Werkstückes 700 stehen. Zur gleichen Zeit wird dafür gesorgt, daß sich der bewegliche Meßfühler 36 2 in das Gehäuse 361 zurückzieht, und zwar durch die Kraft, die auf ihn von der Oberfläche des Werkstückes 700 ausgeübt wird. Die in dem Gehäuse 361 untergebrachte innere Feder wird jedoch immer noch eine nach außen

gerichtete Kraft auf den Meßfühler 362 ausüben, so daß er ebenfalls in festem Kontakt mit dem Werkstück 700 stehen wird.

Wie bereits erwähnt, ist die Federkonstante der DrUCkfeder 373 größer als die der Feder, die in dem Gehäuse 361 untergebracht ist, so daß trotz des Umstandes, daß der bewegliche Meßfühler 362 gegen die Oberfläche des Werkstückes 700 gedrückt wird, der Kolben 371 des Antriebszylinders 370 immer noch in der Lage sein

wird, sich nach vorn zu bewegen. Da jedoch die stationären Meßfühler 350 und 355 durch ihren Kontakt mit dem Werkstück 700 nun den Verschiebungsrahmen 320 an jeder weiteren Bewegung hindern, wird eine weitere Ausdehnung des Kolbens 371 dafür sorgen, daß er sich der Stangenführungsplatte 324 nähert, und die Stange 372 wird veranlaßt, sich bis zum Begrenzungsschalter 380 auszudehnen, bis sie mit letzterem in Kontakt steht und ihn betätigt. Der Begrenzungsschalter 380 wird

ye

dann ein elektrisches Ausgangssignal für den Antriebszylinder 370 liefern, das dessen Bewegung anhält und ihn in der in Figur 2 dargestellten Position festhält.
5

Die Rechen- und Anzeigeeinheit 395 wird dann den Krümmungsradius des Werkstückes 700 auf der Grundlage des EingangssignaIs von dem Verschiebungsmeßgerät 360 berechnen und die Krümmung für den Bedienungsmann sichtbar anzeigen. Da die Längen der stationären Meßfühler 350 und 355/ die ursprüngliche Länge des beweglichen Meßfühlers 362 und die Verschiebung ihrer Spitze, die durch das Eingangssignal von dem Verschiebungsmeßgerät 360 angegeben wird, bekannt sind, kann die Krümmung des Werkstückes 700 mit einer konventionellen Recheneinheit unter Verwendung eines einfachen Algorithmus berechnet werden.

Nach Betrachtung der Meßergebnisse kann der Bedienungsmann dann den Kolben 371 des Antriebszylinders 370 zurückziehen, um den Verschiebungsrahmen 320 in seine Ausgangsstellung gemäß Figur 1 zurückzubringen. Auf der Grundlage der Ergebnisse kann der Bedienungsmann dann bestimmen, ob der Hub der oberen Walze 110 zu

vergrößern ist, und einen weiteren Walzvorgang durchführen, oder ob die gewünschte Krümmung bereits erreicht worden ist und das Werkstück 700 aus den Walzen entfernt werden kann.

° . Es ist einsichtig, daß mit einer derartigen Ausführungsform die Messung des Krümmungsradius eines Werkstückes viel einfacher und genauer durchgeführt werden kann als mit einer herkömmlichen Walzenbiegevorrichtung, welche die Verwendung von Schablonen oder Lehren erfordert. Somit wird nicht nur das Meßverfahren selbst

verbessert, sondern es entfällt auch das Erfordernis der Herstellung von Schablonen oder Lehren.

Figur 5 zeigt einen Bereich einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dreiwalzen-Biegevorrichtung. Dabei ist nur der obere Bereich der Krümmungsmeßeinheit 300 dargestellt, da diese Ausführungsform im übrigen identisch mit der ersten Ausführungsform ist. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß an Stelle eines Verschiebungsmeßgerätes 360 zwischen zwei stationären Meßfühlern 350 und 355 nunmehr ein stationärer Meßfühler 350 in der Mitte zwischen zwei identischen Verschiebungsmeßgeräten 360 angeordnet sind, die an gegenüberliegenden Enden eines Meßfühlerhalters Gefestigt sind. Außerdem ist die drehbare Spannvorrichtung 330 gemäß Figur 4 durch eine stationäre Spannvorrichtung 335 ersetzt, die fest an der oberen Platte 321 des Verschiebungsrahmens 320 befestigt ist.

Dementsprechend sind die Vorspannungsfeder 332 und das Kugellager 331 der ersten Ausführungsform nicht erforderlich. Wie bei der ersten Ausführungsform erzeugen die Verschiebungsmeßgeräte 360 elektrische Ausgangssignale, die den Verschiebungen der beiden oeweglichen Meßfühler 362 entsprechen, welche einer Rechen- und Anzeigeeinheit 395 zugeführt werden. In ihren vollständig ausgefahrenen Positionen sollten sich die Spitzen der beweglichen Meßfühler 362 weiter vom Meßfühlerhalter 340 entfernt haben als die Spitze des stationären Meßfühlers 350.

Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist ähnlich der der ersten Ausführungsform, mit dem Unterschied, daß keine Drehbewegung der Spannvorrichtung 335 erfolgt. Der Kolben 371 des Antriebs-

2Λ ■:■ :

Zylinders 370 bewegt den Verschiebungsrahmen 320 zum Werkstück 700, bis die Spitzen von sämtlichen drei Meßfühlern in festem Kontakt mit der Oberfläche

des Werkstückes 700 stehen. Der Kontakt zwischen dem 5

stationären Meßfühler 350 und dem Werkstück 700 wird

eine weitere Bewegung des Verschiebungsrahmens 320 verhindern, und in der oben beschriebenen Weise wird der Kolben 371 sich weiter ausdehnen, bis die Stange • 372 mit dem Begrenzungsschalter 380 in Kontakt steht und diesen betätigt, so daß die Bewegung des Antriebszylinders 370 angehalten wird. Die Rechen- und Anzeigeeinheit 395 wird dann die Krümmung des Werkstückes 700 auf der Basis der elektrischen Eingangssignale von den Verschiebungsmeßgeräten 360 berechnen, und die berechnete Krümmung wird für den Bedienungsmann angezeigt.

Obwohl diese Ausführungsform ein zusätzliches Verschiebungsmeßgerät erfordert, hat sie den Vorteil eines einfacherem Aufbaues als die erste Ausführungsform, die eine drehbare Spannvorrichtung 330 aufweist. Wie bei der ersten Ausführungsform sorgt sie für eine automatische und genaue Messung der

Krümmung des WErkstückes, ohne Schablonen oder Lehren 25

zu benötigen.

Figur 6 zeigt ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform einer Dreiwalzen-Biegevorrichtung gemäß der Erfindung. Zusätzlich zu den Baugruppen der ersten

beiden Ausführungsformen enthält diese Ausführungsform eine Motorsteuerung 400, welche den Motor 200 für die obere Walze 110 steuert, eine CPU oder Zentraleinheit 500, die auf das Ausgangssignal des Verschiebungsmeßgerätes oder der VerSchiebungsmeß-

geräte 360 der Krümmungsmeßeinheit 300 anspricht

-"- 351S382

und die Krümmungsmeßeinheit 300, die Motorsteuerung 400

sowie die Antriebsmotoren 170 für die unteren Walzen 120 und 130 steuert, sowie eine Schnittstelle 600, die elektrisch zwischen die Zentraleinheit 500 und die von der 5

Zentraleinheit 500 gesteuerten Teile geschaltet ist.

Die Krümmungsmeßeinheit 300 dieser Ausführungsform kann die gleiche sein wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen, mit der Abweichung, daß sie keine Rechen-, Steuer-10

und Anzeigeeinheit 395 erfordert, da diese Funktion bei dieser Ausführungsform von der Zentraleinheit 500 übernommen wird.

Die Zentraleinheit 500 ist ein herkömmlicher Rechner mit

einer Anzeige und einer Tastatur oder einer anderen Einrichtung, mit der ein Bedienungsmann Daten eingeben kann. Die Zentraleinheit ist elektrisch an das bzw. die Verschiebungsmeßgerät (e) 360 der Krümmungsmeßeinheit 300 angeschlossen, um ihre elektrischen Ausgangssignale über

eine geeignete Schnittstelle 600 zu erhalten. Außerdem liefert die Zentraleinheit elektrische Ausgangssignale, welche den Antriebszylinder 370, die Motorsteuerung 400 und die Antriebsmotoren 170 der unteren Walzen 120 und

130 des Walzbereiches 100 steuern.
25

Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf Figur 7 näher erläutert, die ein Flußdiagramm der von der Zentraleinheit 500 vorgenommenen Operationen zeigt. Vor dem Beginn des Walzvorganges

wird ein Programm zur Berechnung des Hubes der oberen Walze 110, das zum Erhalt eines gewünschten Krümmungsradius erforderlich ist, in der Zentraleinheit 500 gespeichert. Ein Bedienungsmann gibt dann die Querschnittsdimensionen des WErkstückes 700 vor dem Biegen, die Materialkonstanten (z.B. den Young'sehen Elastizitätsmodul und die Fließgrenze) des Werkstückes 700, den gewünschten Krümmungsradius des fertigen Werkstückes 700, den Abstand zwischen

Vh

-ν*- 3518382

den Walzen und den Radius der jeweiligen Walzen in die Zentraleinheit 500 ein. Unter Verwendung des oben erwähnten Programmes berechnet die Zentraleinheit 500 den Hub der oberen Walze 110 für das erste Stadium des Walzvorganges auf der Grundlage dieser eingegebenen Werte, Die Zentraleinheit 500 liefert dann ein Ausgangssignal für die Motorsteuerung 400 über die Schnittstelle 600, und die Motorsteuerung 400 betätigt den Motor 200,

ig so daß er die obere Walze 110 um den von der Zentraleinheit 500 berechneten Wert nach unten bewegt, so daß das Werkstück 700 verformt wird. Wenn die obere Walze 110 um den geeigneten Wert nach unten gedruckt worden ist, betätigt die Zentraleinheit 500 die Antriebsmotoren 170 der unteren Walzen 120 und 130, um sie im Uhrzeigersinn zu drehen und das Werkstück 700 bei der Anordnung gemäß Figur 6 nach rechts zu fordern, wobei eine kontinuierliche Biegung erfolgt. Die Zentraleinheit 500 hält die Drehung der unteren Walzen 120 und 130 zum geeigneten Zeitpunkt an, so daß das Werkstück 700 sich nicht dadurch von den Walzen trennt, daß es zu weit nach rechts transportiert wird.

Nachdem dieses erste Biegestadium beendet ist, betätigt die Zentraleinheit 500 den Antriebszylinder 370 der Krümmungsmeßeinheit 300, und der Verschiebungsrahmen 320 wird in gleicher Weise wie oben beschrieben nach oben bewegt, bis sämtliche Meßfühler fest gegen die Oberfläche des Werkstückes 700 anliegen. Die elektrischen «ο Ausgangssignale des Verschiebungsmeßgerätes oder der

Verschiebungsmeßgeräte 360 werden in die Zentraleinheit 500 eingegeben, welche die vorliegende Krümmung des Werkstückes in gleicher Weise berechnet wie die Rechen- und Anzeigeeinheit 395 der ersten beiden Ausführungsge formen. Die Zentraleinheit 500 betätigt dann die Antriebszylinder 370, um den Verschiebungsrahmen in seine Aus-

gangsstellung zurückzubringen.

Die Zentraleinheit 50Ö vergleicht den gemessenen Krümmungsradius des Werkstückes 700 mit dem gewünschten Krümmungsradius oder Krümmungsradius-Sollwert, der vorher in die Zentraleinheit 500 eingegeben worden ist. Wenn der gemessene Radius sich von dem gewünschten Krümmungsradius um weniger als eine zulässige Abweichung unterscheidet, bestimmt die Zentraleinheit 500, daß der Grad oder das Ausmaß der Biegung des Werkstückes 700 zufriedenstellend ist, und das Werkstück 700 wird automatisch aus den Walzen entfernt. Wenn der gemessene Radius um mehr als die zulässige Abweichung kleiner ist als der gewünschte Radius, bestimmt die Zentraleinheit 500, daß das Werkstück 700 zu stark gebogen worden und somit fehlerhaft ist. Das Werkstück 700 wird automatisch aus der Vorrichtung entfernt, und die Zentraleinheit zeigt dem Bedienungsmann über die Anzeige oder ein Warnlicht an, daß das Werkstück 700 fehlerhaft ist. 20

Wenn der gemessen Radius um mehr als die zulässige Abweichung größer ist als der gewünschte Radius, dann bestimmt die Zentraleinheit 500, daß das Werkstück einen zweiten Biegevorgang benötigt. Die Zentraleinheit 500 steuert dann die Motorsteuerung 400, um den Hub der oberen Walze 110 um einen vorgegebenen Wert zu vergrößern. Der oben beschriebene Zyklus des Walzvorganges des Werkstückes 700 und der Messung seines Krümmungsradius wird dann wiederholt, bis die Zentraleinheit ^Q 500 bestimmt, daß der Krümmungsradius des Werkstückes zufriedenstellend oder aber kleiner als zulässig ist.

Als nächstes werden die Prinzipien in dem von der Zentraleinheit 500 verwendeten Programm zur Berechnung ^ des Hubes der oberen Walze 110 unter Bezugnahme auf die Figuren 8 bis 12 näher erläutert, um einen gewünschten Krümmungsradius zu erzielen. Die Erläuterung wird

dabei im Zusammenhang mit einem kanalförmigen Teil erfolgen.

Zunächst wird angenommen, daß während des Biegevor-5

ganges der Zusammenhang zwischen der Biegespannung

(S) und der Verformung bzw. Dehnung (e) in einem Werkstück durch die Kurve in Figur 9 ausgedrückt wird. Dabei gilt

S = e χ Ε im elastischen Bereich

S = S¹ im plastischen Bereich ...(D/

wobei

E = Young¹scher Elastizitätsmodul S'= Fließspannung

Um das Zurückfedern zu analysieren/ muß die neutrale

Oberfläche des Werkstückes während des Biegens gefun-20

den werden. Dies kann dadurch erfolgen, daß man die nachstehende Gleichung für einen Querschnitt des Werkstückes 700 löst:

Js dA = 0 ... (2)

wobei ÖA eine infinitesimale Flächeneinheit ist. 25

Figur 8 zeigt Querschnitte von kanalförmigen Teilen und ihre entsprechenden SpannungsVerteilungen während der elastisch-palstischen Biegung. Wie in der Zeichnung dargestellt/ gibt es drei mögliche Eälle in Abhängigkeit vom Ort der oberen Fläche der Nut des Kanalteiles in Bezug auf den elastischen Bereich. In Figur 8 sind mit den Bezugszeichen a, b, £ und d die Dimensionen des Querschnitts bezeichnet, und h ist der

Abstand von der oberen Oberfläche des Kanals zu seiner 35

neutralen Oberfläche. In den Spannungsdiagrammen

bezeichnet eine positive Spannung eine Dehnung und eine negative Spannung eine Kompression. Diese drei Fälle werden nachstehend analysiert.

Fall 1: In diesem Falle liegt die obere Oberfläche der Nut des kanalförmigen Teiles unterhalb des elastischen Bereiches (Figur 8a). Dementsprechend gilt die folgende Ungleichung:

wobei R der Krümmungsradius der neutralen Fläche des Kanals während des Biegens ist und mit e¹ die Verformung beim Fließen bezeichnet wird.

Fall 2: In diesem Falle liegt die obere Fläche der Nut des kanalförmigen Teiles innerhalb des elastischen Bereiches (Figur 8b). Dementsprechend gilt die nachstehende Ungleichung:

Fall 3: In diesem Falle liegt die obere Fläche der Nut des kanalförmigen Teiles oberhalb des elastischen Bereiches (Figur 8c). Dementsprechend gilt die folgende

Ungleichung: 25

(h-d)/R > e¹ ... (5).

Nimmt man an, daß der Spannungs-Verformungs-Zusammenhang sich durch die Kurve in Figur 9 ausdrücken läßt,

dann kann die Position der neutralen Fläche in jedem 30

der obigen Fälle wie folgt ausgedrückt werden:

Fall 1: h = f1(a,b,c,d) Fall 2: h = f2(a,b,c,d,R,e')

Fall 3: h = f3(a,b,c,d) ...(&). 35

Als nächstes wird das Biegemoment M, das auf das kanalförmige Teil während des Biegens ausgeübt wird, durch die Lösung der nachstehenden Gleichung ermittelt: M =Jy dA, ...(7) ,

wobei y der Abstand von der neutralen Fläche ist, wie es in Figur 8 dargestellt ist. Der Wert für M für jeden der drei obigen Fälle läßt sich folgendermaßen ausdrücken:

,1 Fall 1: M= g1(a,b,c,d,E,e',R) Fall 2: M = g2(a,b,c,d,E,e',R) Fall 3: M = g3(a,b,c,d,E,e',R) ..,(8).

ig Das Zurückfedern ist das Phänomen, bei dem das Biegemoment M, das während des Walzens entwickelt wird, elastisch ausgelöst wird. Die nachstehende Gleichung gilt für das Zurückfedern:

M/EI = T/R - 1/R2 ...(9),

2Q wobei R der Krümmungsradius der neutralen Fläche des Kanals ist, wenn ein Biegemoment angelegt wird, R2 ist der Krümmungsradius nach dem Freisetzen des Biegemomentes, und I das Trägheitsmoment des Querschnittes des kanalförmigen Teiles.

Während des Zurückfederns unterscheidet sich die Position

der neutralen Fläche von der neutralen Fläche während des Biegens, und somit ist es erforderlich, den Ort , der neutralen Fläche unter Verwendung von Gleichung (2) OQ zu finden.

Der Zweck der vorhergehenden Analyse ist es, den Krüm*- mungsradius R währen des Biegens zu finden, wobei ein Sollwert für den Krümmungsradius des fertigen Artikels nc vorgegeben ist, z.B. ein Wert von R2 für den Krüm- ; mungsfadius, nachdem das Biegemoment aufgehört hat.

Dies kann dadurch erfolgen, daß man die Gleichungen (6) und (8) in Gleichung (9) substituiert. Für den Fall 1 und den Fall 3 erhält man dabei drei Gleichungen mit R als Variabler. Wenn man diese drei unabhängigen Gleichungen löst, kann der geeignete Wert R für einen vorgegebenen Wert von R2 gefunden werden. Die drei Gleichungen können mit einem Rechner gelöst werden, indem man iteratives Verfahren verwendet, wie z.B. das Newton-Raphson-Verfahren. Für den Fall 2 ist die Gleichung (9) eine Gleichung höherer Ordnung. R ist in Gleichung (6) für den Fall 2 enthalten, so daß in diesem Falle ebenfalls R durch ein ähnliches iteratives Verfahren als Lösung ermittelt werden kann.

Wenn somit die Querschnittsform, die Materialkonstanten, der Abstand zwischen den Walzen, der Radius jeder Walze und der gewünschte Krümmungsradius in einen Rechner eingegeben werden, kann der geeignete Krümmungsradius der neutralen Fläche des kanalförmigen Teiles während des Biegesn gefunden werden.

Es ist jedoch immer noch erforderlich, den Wert des Hubes der oberen Walze der Biegevorrichtung zu kennen, d.h. die Deformation des Werkstückes 700, die von der oberen Walze ausgeübt werden muß, um den Krümmungsradius gemäß der obigen Lösung zu erhalten. Ein Analyseverfahren zur Bestimmung des geeigneten Hubes wird nachstehend näher erläutert.

^ow Figur 10 zeigt schematisch den deformierten Zustand eines Werkstückes 700 zwischen den Walzen einer Dreiwalzen-Biegevorrichtung. Das Werkstück 700 ist ein kanalförmiges Teil mit einer Querschnittsform, die in

Figur 10b dargestellt ist.
35

'-*-■ "«13382

Das Werkstück 700 beginnt, eine Biegeverformung bei seinem Durchgang nach links vom Kontaktpunkt mit der rechten unteren Walze 130 zu erleiden, und der Wert der Verformung nimmt zu, wenn es sich der oberen Walze 110 nähert, und schließlich findet eine durch Schraffur angedeutete plastische Verformung statt. Nachdem das Werkstück 700 die obere Walze 11.0 passiert hat, nimmt das auf das Werkstück 700 ausgeübte Biegemoment ^q allmählich ab, und es erfolgt ein Zurückfedern. Das

Zurückfedern hält an, bis das Werkstück 700 die linke untere Walze erreicht, woraufhin keine weitere Verformung des Werkstückes 700 erfolgt. Da die neutrale Fläche nicht auf der halben Strecke längs der Tiefe des Werkte Stückes 700 liegt, sind die Punkte, bei denen eine

plastische Verformung beginnt (die rechten Enden der schraffierten Bereiche) unterschiedlich für die oberen und unteren Oberflächen des Werkstückes 700, wie es Figur 10a zeigt. Aus. Gründen der Einfachheit ist jedoch 2Q angenommen worden, daß die Punkte, bei denen die plastische Verformung beginnt, für die obere und untere Oberfläche des Werkstückes 700 die gleichen sind, wie es Figur 10c zeigt.

Figur 11 zeigt den Ort der neutralen Fläche des Werkstückes 700 während des Biegens, und zwar mit der gestrichelten Linie. Der Abstand, gemessen in horizontaler Richtung vom Schnittpunkt zwischen der neutralen Fläche des Werkstückes 700 und der Linie, die durch

OQ das Zentraum von einer der unteren Walzen hindurchgeht, und dem Kontaktpunkt zwischen der unteren Walze und dem Werkstück 700 ist mit χ bezeichnet, während ν den Abstand in vertikaler Richtung angibt, der dem obigen Schnittpunkt und der neutralen Fläche vor-

gc handen ist, und somit bezeichnet ν die vertikale Auslenkung des Werkstückes 700 zwischen den Walzen.

2)0

A, B und C bezeichnen die Winkel zwischen der Vertikalen und den Kontaktpunkten zwischen dem Werkstück und den Walzen 13O₇ 120 bzw. 110. H bezeichnet den vertikalen Abstand zwischen dem Zentrum der oberen Walze 110 und den Zentren der unteren Walzen. L1 und L2 bezeichnen die Werte von χ für die unteren Walzen 130 bzw. 120, gemessen bis zu dem Kontaktpunkt zwischen dem Werkstück 700 und der oberen Walze 110; L3 ist der Wert für χ für die rechte untere Walze 130/ gemessen bis zu dem Punkt, bei dem die plastische Verformung beginnt; und L4 ist der horizontale Abstand zwischen dem Zentrum der oberen Walze 110 und dem Zentrum von einer der unteren Walzen. V1 und V2 sind die Werte von ν auf der Eingangsseite bzw. der Aus-

¹^ gangsseite des Kontaktpunktes zwischen der oberen Walze 110 und dem Werkstück 700. D1 ist der Durchmesser der oberen Walze 110, und D2 ist der Durchmesser von den beiden unteren Walzen. Außerdem ist R1 der Krümmungsradius der neutralen Fläche des Werkstückes 700 am Kontaktpunkt mit der oberen Walze 110, und R2 ist der Krümmungsradius am Kontaktpunkt mit der linken unteren Walze 120, der der endgültige Krümmungsradius des Werkstückes 700 ist, nachdem das Zurückfedern erfolgt ist.

Dabei gibt es neun unbekannte Werte, nämlich: H, A, B, C, L1 , L2_f V1, V2 und L3. Davon kann L3 gefunden werden, indem man eine Lösung für den Ort votnimmt, an dem die Verformung in der oberen Fläche des Werkstückes 700 gerade gleich der Fließverformung ist, während sämtliche Bereiche des Querschnittes an diesem Bereich immer noch im elastischen Bereich liegen. Für die übrigen acht Werte findet man Lösungen, indem man zuerst annimmt, daß auf der Eingangsseite der oberen Walze das Werkstück 700 als eingespannter Träger behandelt werden kann und daß auf der Ausgangsseite der oberen Walze 110 das Zurückfedern des Werkstückes 700 fortschreitet. Nachstehend wird die Analyse für die Eingangsseite und die Ausgangsseite separat erläutert. 15

(1) Eingangsseite

Die Basisgleichungen, welche die Form des Werkstückes 700 definieren, sind folgende

d²v/dx² = -1/R ...(10)

tan(z) = dv/dx ...(11),

wobei ζ die Neigung der neutralen Fläche des Werkstückes 700 ist und R den Krümmungsradius bezeichnet. Im elastischen Bereich kann 1/R aus Gleichung (10) ersetzt werden durch M/EI. Außerdem kann im plastischen Bereich Gleichung

(8) für R gelöst werden, und wenn für das Biegemoment zwischen den Walzen angenommen wird, daß es eine lineare Verteilung hat, beispielsweise gemäß der Darstellung in Figur 12, dann kann M ersetzt werden durch px, wobei ρ die Neigung der rechten Hälfte des Biegemomentdiagrammes ist. Dementsprechend kann die rechte Seite von Gleichung (10) in Ausdrücken von χ ausgedrückt werden. Die folgenden Grenz- oder Randbedingungen werden angenommen:

bei X=O, z=A und v = 0;

bei χ = L3 sind die Auslenkung und die Neigung des Werkstückes stetig; und

2 2
bei χ = L1, d v/dx = -1/Rl,Z=C und ν = V1.

Durch Lösung der Gleichungen (10) und (11) wird eine Gleichung für die Auslenkung und eine Gleichung für die Neigung für jeden Fall erhalten. Außerdem werden aus geometrischen Überlegungen die folgenden beiden Gleichungen für jeden Fall erhalten:

L1 + (D1/2 + a - w)sinC + (D2/2 + u)sinA = L4 (12) V1 +H= (D1/2 + a - w)cosC + (D2/2 + U)cosA (13).

(2) Ausgangsseite

Auf der Ausgangsseite schreitet das Zurückfedern kontinuierlich zwischen der oberen Walze 110 und der unteren linken Walze 120 fort. Da der Zusammenhang zwischen R und M ausgedrückt wird durch M/EI = 1/R - 1/R2 (Gleichung 9)

und da M gleich qx angenommen wird, wie es Figur 12 zeigt, läßt sich die rechte Seite von Gleichung (10) in Ausdrücken von χ ausdrücken.
Die Randbedingungen für die Ausgangsseite sind folgende:

bei χ = 0, ζ = B und ν = 0
bei χ = L2, ζ = -C und ν = V2.

Durch Lösung der Gleichungen (10 und (11) wird eine Gleichung für die Auslenkung und eine Gleichung für die Neigung für jeden Fall erhalten. Außerdem ergeben geometrische Überlegungen Gleichungen wie die Gleichungen (12) und (13) für jeden Fall.

Somit werden für die acht Unbekannten H, A, B, C, L1, L2, V1 und V2 acht Gleichungen erhalten, einschließlich der Gleichungen (12) und (13). Diese Gleichungen sind nicht linear, aber indem man vereinfachende

Annahmen macht, wie z.B. daß tan (A) = A, cos(A)=

2
und (L1) = (L4)(L1), können die Gleichungen lineari-

siert und durch ein iteratives Verfahren, wie z.B. ε das Newton-Raphson-Verfahren gelöst werden, um den

Wert von H zu ergeben, der den erforderlichen vertikalen Abstand zwischen der oberen Walze 110 und den unteren Walzen angibt, um den gewünschten Krümmungsradius zu erzielen. Wenn H gegeben ist, kann der Hub j« der oberen Walze 110 sofort gefunden werden.

Figur 13 zeigt ein Diagramm zum Vergleich der Resultate der numerischen Analyse, die in der obigen Weise durchgeführt worden ist, mit den tatsächlich

. - gemessenen Werten für den Zusammenhang zwischen dem Wert des Hubes der oberen Walze einer Dreiwalzen-Biegevorrichtung und dem resultierenden Krümmungsradius des Werkstückes, beide in Millimetern gemessen. Die obere Kurve zeigt die gemessenen Werte,

_on. und die untere Kurve zeigt die berechneten Werte. Das Werkstück war ein Kupfer-Silber-Material mit einem Young'sehen Elastizitätsmodul von 1.0 700 und einer Fließgrenze von 0,00264, das die Form eines Kanals hatte, wie er in Figur 8 dargestellt

__e ist, mit den Werten a = 9,74 mm, b = 45 mm, c = 30 mm ZO

und d =4,9 mm. Die x-Achse ist die Auslenkung der neutralen Fläche des Kanals in Millimeter oder mit anderen Worten der Wert des Hubes der oberen Walze. Obwohl die berechneten Werte unterhalb der gemes.se-

nenWerte liegen, ist der Unterschied zwischen den oU

beiden ziemlich konstant für den gesamten Bereich der Kurven. Wenn somit ein Korrekturfaktor zu dem berechneten Wert addiert wird, kann der erforderliche Hub der oberen Walze mit beträchtlicher Genauigkeit

_ vorhergesagt werden. Bei der tatsächlichen Verar-35

beitung ist es ratsam, den Hub der oberen Walze etwas niedriger vorzugeben oder zu setzen, um eine übermäßige Biegung des Werkstückes zu verhindern.

Unter Verwendung des oben beschriebenen Analyseverfahrens ist es möglich, mit der Zentraleinheit 500 der Ausführungsform gemäß Figur 6 den Hub der oberen Walze 110 zu berechnen und ihn entsprechend zu steuern bzw. zu kontrollieren, so daß es möglich ist, einen viel genaueren Biegevorgang als mit einer herkömmlichen Vorrichtung durchzuführen, bei der der Wert des Hubes der oberen Walze von einem Bedienungsmann bestimmt wird, der sich auf seine Erfahrung und Intuition verläßt.

Figur 14 zeigte eine Vorderansicht des Walzbereiches einer Dreiwalzen-Biegevorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die anderen Bereiche der Vorrichtung sind identisch mit denen der ersten drei Ausführungsformen und daher nicht dargestellt. Bei der hier angegebenen Ausführungsform gemäß Figur sind zwei Hilfswalzen 140 und 150 vorgesehen, die den unteren Walzen 120 bzw. 130 gegenüberliegend angeordnet sind, um das Werkstück 700 gegen die unteren Walzen zu

^® drücken. Jede der Hilfswalzen kann in vertikaler Richtung auf die unteren Walzen 120 bzw. 130 zu und von diesen wegbewegt werden, und zwar mit einem Antriebszylinder 160, der pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch betätigt sein kann.

Wie oben bereits erläutert, kann sich bei einer herkömmlichen Dreiwalzen-Biegevorrichtung ein kleiner Spalt zwischen der oberen Walze und dem Werkstück auf Grund der Tatsache entwickeln, daß die Endbereiche des Werkstückes nicht gebogen sind, sondern während des Walzens gerade bleiben. Wenn die obere Walze nicht mit dem Werkstück in Kontakt steht, sind die unteren Walzen bei einer herkömmlichen Vorrichtung nicht in der Lage, das Werkstück zu transportieren. Somit ist es erforderlich, den Hub der oberen Walze zu vergrößern, bis sie mit dem Werkstück in Kontakt steht. Während

es dadurch für die unteren Walzen möglich ist, das Werkstück zu bewegen bzw. zu transportieren, kann die Zunahme des Hubes der oberen Walze eine übermäßige Biegung des Werkstückes hervorrufen und es somit zur Verwendung ungeeignet machen.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 14 drücken jedoch die Antriebszylinder 160 die Hilfswalzen 140 und 150 gegen das Werkstück 700/ und die Hilfswalzen 140 und ., 150 drücken wiederum das Werkstück 700 gegen die unteren Walzen 120 bzw. 130, so daß es für die unteren Walzen möglich ist, das Werkstück 700 auch dann zu bewegen bzw. zu transportieren, wenn ein Spalt zwischen dem Werkstück und der oberen Walze 110 vorhanden ist.

Die Hilfswalzen 140 und 150 erfordern keine Antriebsmotoren, um sie zu drehen, sondern wirken als angetriebene Walzen oder Freilaufwalzen, die sich auf Grund der Bewegung des Werkstückes 700 durch die unteren Walzen 120 und 130 drehen. Die Kräfte, welche die Antriebszylinder 160 auf die Hilfswalzen 140 und 150 ausüben, brauchen nicht groß zu sein.

Während des ersten Walzstadiums, bei dem das Werkstück 700 zu Beginn gebogen wird, ist es üblicherweise nicht erforderlich, die Hilfswalzen 140 und 150 gegen das Werkstück 700 zu drücken, da Lücken oder Spalten zwischen dem Werkstück 700 und der oberen Walze 110 normalerweise nicht vor dem zweiten Walzstadium auftreten. Wenn jedoch eine kleine Kraft von den Antriebszylindern 160 ausgeübt wird, können die Hilfswalzen 140 und 150 auch während des ersten Walzstadiums angedrückt werden.

Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist im übrigen die gleiche wie die der ersten drei Ausführungsformen, so daß eine nähere Erläuterung entbehrlich erscheint.

Zusätzlich zu den Vorteilen der bereits beschriebenen Ausführungsformen liefert diese Ausführungsform den Vorteil, daß es nicht erforderlich ist, den Hub der oberen Walze 110 zu vergrößern, um es den unteren Walzen 120 und 130 zu ermöglichen, das Werkstück zu bewegen bzw. zu transportieren, und somit ist es äußerst unwahrscheinlich, daß eine übermäßige Biegung des Werkstückes 700 auftritt.

Die Ausführungsform gemäß Figur 14 verwendet zwei Hilfswalzen, um das Werkstück 700 gegen die unteren Walzen zu drücken. Es kann jedoch auch eine einzelne Hilfswalze, die entweder der einen oder der anderen

unteren Walze gegenüberliegt, in wirksamer Weise 15

verwendet werden, um das gleiche Resultat zu erzielen.

Auch wenn die Erfindung im Zusammenhäng mit einer pyramidenförmigen Dreiwalzen-Biegevorrichtung erläutert worden ist, liegt keinerlei spezielle Beschränkung auf die Anordnung der Walzen vor, und die Erfindung kann auch bei einer schuhförmigen Dreiwalzen-Biegevorrichtung, oder einer Dreiwalzen-Biegevorrichtung vom Klemmtyp oder auch bei einer 25

Vierwalzen-Biegevorrichtung zur Anwendung gelangen.

Auch wenn die Wirkungsweise der Vorrichtung vorstehend im Zusammenhang mit dem Walzen eines kanal-

förmigen Teiles erläutert worden ist, kann die 30

erfindungsgemäße Vorrichtung selbstverständlich auch zum Walzen von T-förmigen Profilen, Platten, Blechen, quadratischen und rechteckigen Stäben sowie Teilen mit anderer Gestalt eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche

zwei oder mehr untere Walzen (120, 130), die unterhalb der oberen Walze (110) zur Abstützung eines Werkstückes (700) angeordnet sind;

eine Einrichtung (200) zur vertikalen Bewegung der oberen Walze (110);

einen Antriebsmotor (170), der an die unteren Walzen (120, 130) angeschlossen ist, um die unteren Walzen (120, 130) vorwärts oder rückwärts zu drehen; und eine Einrichtung (300) zur Messung des Krümmungsradius des Werkstückes (700) und zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (300) zur Messung des Krümmungsradius des Werkstückes (700) folgende Baugruppen aufweist:

einen Meßfühlerhalter (340);

zwei koplanare stationäre Meßfühler (350, 355), die an gegenüberliegenden Enden des Meßfühlerhalters (340) befestigt sind;

^q ein Verschiebungsmeßgerät (360) zur Messung der linearen Verschiebung eines beweglichen Meßfühlers (362) einer Verschiebungseinrichtung (320) und zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals, wobei das Verschiebungsmeßgerät (360) an dem Meßfühlerhalter (340) 2-β zwischen den beiden stationären Meßfühlern (350, 355) in der selben Ebene wie die stationären Meßfühler (350, 355) befestigt ist;

einer Einrichtung (370) zur Bewegung des Meßfühlerhalters (340) in Richtung auf das Werkstück (700), so

* 2Q daß beide stationären Meßfühler j(350, 355) und der

bewegliche Meßfühler (362) alle mit der Oberfläche

'* des Werkstückes (700) in Kontakt stehen; und

eine Einrichtung (395) zur Berechnung des Krümmungsradius des Werkstückes (700) auf der Basis des Ausgangssignals des Verschiebungsmeßgerätes (360) und zur Anzeige des berechneten Wertes.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (300) zur Messung des Krümmungs-

₃q radius des Werkstückes (700) folgende Baugruppen aufweist:

einen Meßfühlerhalter (340);

zwei Verschiebungsmeßgeräte (360) zur Messung der linearen Verschiebung eines beweglichen Meßfühlers

ge (362) einer Verschiebungseinrichtung (320) und zur

Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals, wobei die Verschiebungsmeßgeräte (360) an dem Meßfühler-

halter (340) an gegenüberliegenden Enden des Meßfühlerhalters (340) in derselben Ebene befestigt sind;

einen stationären Meßfühler (350), der an dem

Meßfühlerhalter (340) zwischen den beiden Verschiebung smeßgeräten (360) in derselben Ebene wie die Verschiebungsmeßgeräte (360) befestigt ist;

eine Einrichtung (370) zur Bewegung des Meßfühlerhalters (340) in Richtung auf das Werkstück (700) so daß beide beweglichen Meßfühler (362) und der stationäre Meßfühler (350) alle mit der Oberfläche des Werkstückes (700) in Kontakt stehen; und

eine Einrichtung (395) zur Berechnung des Krümmungsradius des Werkstückes (700) auf der Basis des Ausgangssignals der Verschiebungsmeßgeräte (360) und zur Anzeige des berechneten Wertes.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Stuerung (400, 500), die auf das Ausgangssignal der Krümmungsmeßeinrichtung

(300) anspricht und die den Krümmungsradius des Werkstückes (700) berechnet, die den erforderlichen Hub der oberen Walze (110) berechnet, um einen gewünschten Krümmungsradius zu erzielen, die die Einrichtung (200) zur Bewegung der oberen Walze

(110) entsprechend dem berechneten Hub steuert, die

die Antriebsmotoren (170) für die unteren Walzen ■an

(120, 130) steuert, um das Werkstück (700) zu walzen, die den Walzvorgang widderholt, wenn der berechnete Krümmungsradius größer ist als ein bestimmter Wert, und die das Walzen beendet, wenn der berechnete Krümmungsradius kleiner ist als ein bestimmter Wert.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Hilfswalze (140, 150), die über einer der unteren Walzen (120, 130) angeordnet ist, und durch eine Einrichtung (160) zur Bewegung der Hilfswalze (140, 150) in vertikaler Richtung, um das Werkstück (700) mit der Hilfswalze (140, 150) mit ausreichender Kraft gegen die untere Walze (120, 130) zu drücken, so daß das Werkstück (700) von der unteren Walze (120, 130) bewegbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß über jeder unteren Walze (120, 130) eine Hilfswalze (140, 150) angeordnet ist.
7. Verfahren zum Herstellen von gebogenen Werkstücken,

bei dem das Werkstück zwischen stationären unteren Walzen und mindestens einer oberen, vertikal verstellbaren Walze gewalzt wird, um vorgegebene Krümmungen zu erzielen, wobei die tatsächliche

Krümmung des Werkstückes mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird,
dadurch gekennzeichnet,

daß nach einem ersten Walzdurchgang zwischen den Walzen der Krümmungsradius des Werkstückes mit einem Krümmungsmeßgerät mit drei koplanaren Meßfühlern, von denen mindestens einer beweglich ist, abgetastet wird,

daß aus der Relativverschiebung bzw. der Relativstellung der Meßfühler zueinander der Krümmungsradius

berechnet und angezeigt wird,

und daß der Walzvorgang mit gegebenenfalls nachgestellter oberer Walze wiederholt wird, wenn der ermittelte Krümmungsradius größer als der vorgegebene

Sollwert ist.
35
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub der oberen Walze gegenüber den unteren Walzen für jeden Walzdurchgang schrittweise vergrößert wird, bis der gewünschte Krümmungsradius erreicht ist, und daß bei Feststellung eines zu kleinen Krümmungsradius des gewalzten Werkstückes ein Fehlersignal erzeugt wird, um das Werkstück auszusondern. '