DE4335543A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Biegen eines dünnwandigen Werkstückes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen eines dünn­ wandigen Werkstückes über einen stationären Biegekern mit­ tels eines bewegten Biegewerkzeuges.

Bei herkömmlichen Biegeverfahren setzt beim Abwärtsfahren eines Pressenbärs bzw. Biegeaggregates das Biegewerkzeug auf dem Werkstück auf und verformt dieses bei der Weiter­ bewegung des Biegewerkzeuges. Soll z. B. das Werkstück kreisbogenförmig verformt werden, so ist bei den bekannten Verfahren eine Gleitbewegung zwischen Biegewerkzeug und Werkstück unvermeidbar. Dabei können Schleifspuren auf der Materialoberfläche entstehen, die bei empfindlichen Werkstücken nicht hinnehmbar sind, wie das beispielsweise bei Sichtflächen von Gebrauchsgegenständen der Fall ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, empfindliche Gegenstände auch mit sehr kleinem Radius zu biegen, ohne die Materialoberfläche durch das Biegewerkzeug zu beschädigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Biegewerkzeug auf einer von der Kontur des Biegekerns ab­ hängigen Bahn derart zwangsgeführt wird, daß eine Biege­ fläche des Biegewerkzeuges, die zu ihm relativ unbeweglich ist, wenigstens angenähert einen wandernden Kontakt mit dem Werkstück hat und sich im wesentlichen ohne zu glei­ ten abwälzend längs des Werkstückes bewegt.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß die Zwangsführungsbahn des Biegewerkzeuges Teil einer Evolvente zur Außenkontur des über den Biegekern gebogenen Werkstückes ist. Bei dünnwandigen Metallbändern von z. B. 0,2 mm Dicke errechnet sich die Evolvente angenä­ hert aus der Kontur des Biegekerns. Viele Anwendungen ver­ langen nach einer Kreisbogenwölbung des Werkstückes. Wenn man gemäß einer Ausgestaltung die Zwangsführungsbahn in Form einer Kreisevolvente ausführt, erhält man am Biege­ werkzeug eine ebene Biegefläche.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens be­ steht darin, daß das Biegewerkzeug während des Biegevor­ ganges von einer ersten, vom Hub einer Betätigungsvor­ richtung abhängigen Kraft auf einer Seite der Biegezone und von einer davon unabhängigen zweiten Kraft auf der anderen Seite der Biegezone beaufschlagt wird. Vorzugs­ weise nimmt die zweite Kraft während des Biegevorganges ständig zu.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Biegevorrichtung mit einer Antriebseinrichtung nach Art einer Presse, des­ sen Pressenbär mit einem Biegewerkzeug antriebsmäßig ge­ kuppelt ist sowie mit einem im Pressenunterteil gelager­ ten Biegekern und einem zwischen Biegekern und Biegewerk­ zeug gebildeten Einführungsspalt für ein dünnwandiges Werkstück.

Die Biegevorrichtung unterscheidet sich vom Stand der Technik dadurch, daß das Biegewerkzeug an einer Wippe be­ festigt ist, die auf einer Seite des Biegewerkzeuges mit­ tels einer Kurvenbahn geführt und mit einer Antriebsvor­ richtung derart mit der Presse verbunden ist, daß beim Ab­ wärtsgang des Pressenbärs die Wippe durch die Kurvenbahn verlagert wird, daß an der Wippe im Abstand von ihrer Kupplung mit der Kurvenbahn ein Spannmittel angreift, mit
dem ihr Biegewerkzeug das Werkstück gegen den Biegekern spannt und daß die Kurvenbahn eine solche Form aufweist, daß eine Biegefläche des Biegewerkzeuges während des Bie­ gevorganges am Werkstück eine wenigstens angenähert reine Abwälzbewegung ausführt.

Denkbar wäre die Ausrüstung des Biegewerkzeuges mit einer drehbaren Biegewalze, jedoch können mit einer solche Aus­ führung nicht alle Biegevorgänge durch reines Abwälzen des Biegewerkzeuges realisiert werden. Vorzuziehen ist da­ her ein Biegewerkzeug mit unbeweglicher Biegefläche. Die Kurvenbahn ist dann als geometrische Evolvente zur Um­ fangskontur des am Biegekern anliegenden gebogenen Werk­ stückes ausgebildet. Im Sonderfall eines kreisförmig kon­ turierten Biegekerns ist die Kurvenbahn eine Kreisevol­ vente, die es ermöglicht, die Biegefläche eben auszubil­ den.

Die erfindungsgemäße Biegevorrichtung ist weiterhin da­ durch gekennzeichnet, daß die Wippe, die Kurvenbahn und die Antriebsvorrichtung dem Pressenbär zugeordnet sind und letztere einen Steuerhebel aufweist, dessen eines Ende mindestens während der letzten Phase des Abwärtshu­ bes, während dessen der Biegevorgang stattfindet, am Pres­ senunterteil unbeweglich abgestützt ist.

Obwohl es denkbar wäre, die Wippe an beiden Wippenenden in Kurvenbahnen zu führen, die Abschnitte derselben Evolvente darstellen, wird bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform vorgezogen, das Spannmittel als Federanordnung auszubilden. Dabei greift das Spannmittel vorzugsweise an derjenigen Seite der Wippe an, die, bezogen auf die Biegezone des Bie­ gewerkzeuges von der Seite, wo die Kupplung mit der Kurven­ bahn stattfindet, abgewandt ist. Die Federanordnung hält somit das Biegewerkzeug in Anlage am Werkstück und wird bei Beginn des Biegevorganges, der durch die Kurvenbahn der Wippe gesteuert wird, zunehmend gespannt, so daß die Biegekraft bis zum Ende des Biegevorganges anwächst.

Noch eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Biegevor­ richtung besteht darin, daß die Federanordnung als Druck­ feder ausgebildet und dem Unterteil zugeordnet ist und mittels eines Hebels auf einen Ansatz der Wippel drückt. Die Federanordnung erhält damit eine Doppelfunktion, denn sie stellt einmal einen Teil der Biegekraft zur Verfügung und zieht zum anderen beim Rückwärtshub des Pressenbärs das Biegewerkzeug mit seinen Betätigungsorganen nach un­ ten. Die Federanordnung wird dabei während eines Arbeits­ zyklus zweimal gespannt.

Insbesondere wenn breite Bänder zu biegen sind, empfiehlt es sich, an beiden Enden des balkenartig auszubildenden Biegewerkzeuges jeweils eine Wippe anzuordnen und die beiden Wippen sowie deren Betätigungsorgane spiegelbild­ lich gleich auszubilden bzw. anzuordnen.

Die Erfindung bringt den Vorteil, daß Werkstücke auch auf kleinstem Radius schleifmarkenfrei gebogen werden können, so daß die Oberfläche keine Beschädigungen aufweist. Damit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren und die darauf basierende Biegevorrichtung zum Biegen von edelmetall-pla­ tierten Bändern wie sie beispielsweise als Bauelement in der Elektrotechnik Verwendung finden, weiterhin zum Bie­ gen von lackisolierten Bändern, Drähten und ganz allge­ mein für alle Werkstücke mit lackierten Oberflächen. Es können Platinen aus CrNi-Stahl genauso schonend ge­ bogen werden, wie leicht deformierbare Bauteile z. B. aus Aluminium.

Obwohl das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung das Biegen eines Werkstückes sein wird, so ermöglicht das erfindungs­ gemäße Verfahren auch ein absolut formgetreues Prägen, z. B. das Einbringen von Logo-Prägungen für Signaturen und Musterungen. Solche Prägungen können unabhängig von Biege­ vorgängen aber auch gleichzeitig mit diesen erzeugt werden.

Schließlich hat sich herausgestellt, daß das schonende Verfahren gemäß der Erfindung auch das Biegen von empfind­ lichen Werkstücken, beispielsweise CuBe-legierten Bändern ermöglicht.

Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 Die beiden Teile eines Biegewerkzeuges, wobei das Werkzeugoberteil auf den Kopf gestellt ist,

Fig. 2 eine Unteransicht des Werkzeugoberteils im Detail,

Fig. 3 eine Querschnittansicht längs der Linie A-A der Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeils B der Fig. 1,

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Detail des Biegewerkzeuges in Richtung des Pfeiles C der Fig. 1,

Fig. 6 eine Seitenansicht auf Höhe des Pfeiles D der Fig. 1,

Fig. 7 die Ansicht einer in der Biegevorrichtung verwen­ deten Wippe in ihren verschiedenen Positionen während des Biegevorganges, und

Fig. 8 eine Ansicht des Werkstückbandes während der taktweisen Bearbeitung der Werkstücke.

Eine Biegevorrichtung besteht aus einem Unterteil 12 und einem Oberteil 14, das in Fig. 1 auf dem Kopf stehend dar­ gestellt ist. Beide Vorrichtungsteile 12, 14 sind mittels üblicher Säulenführungen miteinander verbunden. Das Ober­ teil 14 ist beispielsweise an einem Pressenbär einer Pres­ se befestigt und das Unterteil 12 ist dem Pressentisch zu­ geordnet. In Fig. 1 sind nur die, für das Biegen eines Werkstückes notwendigen Bauteile gezeigt. Es versteht sich, daß der Biegeoperation Stanzeinrichtungen vorge­ schaltet sind.

Im Bereich der Querschnittslinie A-A der Fig. 1 weist das Oberteil 14 zwei quer ausgefluchtete vom Oberteil nach unten weisende Halteplatten 16 auf, an denen jeweils innenseitig Führungsplatten 18 mit einer Kurvenbahn 20 be­ festigt sind. Zwischen den beiden Halteplatten 16 ist ei­ ne Biegeanordnung aufgehängt, die ein balkenförmiges Bie­ gewerkzeug 22 und zwei an ihren Enden befestigten Wippen 24 aufweist. Jede Wippe 24 hat zwei nach außen weisende Bolzen 26, 28. Der Bolzen 26 trägt eine Buchse 30, die in der Kurvenbahn 20 der Führungsplatte 18 geführt ist. Der andere Bolzen 28 ist einem Ausschnitt 32 in den Platten 16, 18 zugeordnet. Der Bolzen 26 lagert eine Gelenkstange 34, an deren oberem Ende ein Steuerhebel 36 angelenkt ist, der seinerseits um eine Achse 38 im Oberteil 14 schwenk­ bar gelagert ist. Der Steuerhebel 36 erstreckt sich über seine Lagerung 38 geringfügig hinaus und weist am Ende einen Kopf 40 auf. Auf den Kopf 40 drückt von oben ein gefederter Stempel 42.

Im Ausführungsbeispiel beträgt der Hub der Presse etwa 40 mm. Kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes des Pressenantriebes, und zwar im Ausführungsbeispiel 7 mm vor Erreichen der tiefsten Position des Oberteils 14 (Fig. 6) setzt der Kopf 40 des Steuerhebels 36 auf eine Anschlagstange 44 des Unterteils 12 auf und beim weite­ ren Abwärtsfahren des Oberteils 14 verschwenkt der Steuer­ hebel 36 die Wippe 24 aus der gestrichelten Stellung in die mit ausgezogenen Linien dargestellte Stellung. Letztere entspricht der unteren Totpunktlage des Pressen­ antriebs.

Das Unterteil 12 weist einen Biegekern 46 auf, der sich unterhalb des Biegewerkzeuges 22 in Querrichtung erstreckt. Zwischen Biegewerkzeug 22 und Biegekern 46 wird in hochge­ fahrener Stellung des Pressenbärs ein Einführungsspalt für ein Werkstück 48 eines vorgestanzten Bandes 50 (Fig. 8) gebildet. Fig. 4 und Fig. 6 in der gestrichelten Darstel­ lung zeigen die Position, in welcher das Biegewerkzeug 22 auf das Werkstück 48 gerade aufgesetzt hat, bevor also der Biegevorgang beginnt.

Bezogen auf das Biegewerkzeug 22 liegen die beiden Bolzen 26, 28 der Wippe 24 auf unterschiedlichen Seiten und der Bolzen 28 wird mit einer abwärtsgerichteten Federkraft belastet. Die Federkraft wird von einer am Unterteil 12 vorgesehenen Druckfeder 52 bereitgestellt, die auf den kurzen Arm eines Hebels 54 drückt, der seinerseits durch den Ausschnitt 32 der Platten 16, 18 hindurchgreift und auf den Bolzen 28 der Wippe 24 drückt.

Fig. 3 zeigt in der linken Hälfte die Position 7 mm vor der unteren Totpunktlage, während die rechte Hälfte die untere Totpunktlage kennzeichnet. Beim Aufsetzen des Bie­ gewerkzeuges 22 auf das Werkstück 48 spannt die starke Fe­ der 52 die Wippe 24 in die in Fig. 4 gestrichelt dargestell­ te Stellung vor, in welcher der Stift 26 die oberste Posi­ tion in der Kurvenbahn 20 einnimmt. Im Verlauf des an­ schließenden Biegevorganges wird die Feder 52 zunehmend komprimiert, wobei die Wippe 24 gegen die Wirkung der Feder 52 verschwenkt wird, wobei die Biegekraft am Biegewerkzeug zunimmt.

Nach Überfahren des unteren Totpunktes wird die Feder 52 wieder entlastet, wobei der Bolzen 28 wieder in seine obere Position in der Kurvenbahn 20 gelangt. Nach dem Ab­ heben des Biegewerkzeuges 22 vom Werkstück 48 wird nun die Feder 52 erneut komprimiert und zwar bis zur oberen Tot­ punktlage des Antriebes des Pressenbärs.

Wie aus den Zeichnungen ohne weiters ersichtlich ist, erkennt man, daß sowohl das Unterteil 12 als auch das Oberteil 14 spiegelsymmetrisch zur mittleren vertikalen Längsebene ausgebildet ist, so daß die auf das Biegewerk­ zeug 22 wirkenden Biegekräfte gleichmäßig von beiden seitlichen Enden her aufgebracht werden.

In den Figuren sind zwei Biegewerkzeuge 22 in Bandvorschub­ richtung hintereinander angeordnet. Mit dem ersten Biege­ werkzeug 22 wird das Werkstück 48 vorgebogen. Das zweite Biegewerkzeug 22 komplettiert dann die Biegung im nächsten Arbeitstakt.

Zur Vervollständigung der bisher beschriebenen Biegevor­ richtung wäre noch nachzutragen, daß am Oberteil 14 dicht benachbart des in Fig. 4 aufwärtsweisenden Schenkels des Biegewerkzeuges 22 ein Niederhalter vorgesehen ist, der das Biegewerkzeug 22 untergreift und auf das Werkstück 48 unmittelbar benachbart des Biegekerns drückt. Dieser Niederhalter ist aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

Wie sich beispielsweise aus Fig. 4 ergibt, hat das Biege­ werkzeug 22 einen winkelförmigen Querschnitt und die Un­ terseite des Biegewerkzeuges 22 bildet eine ebene Biege­ fläche 56. Das Biegewerkzeug 22 ist an der Wippe 24 so befestigt, daß das Biegewerkzeug 22 an der Hinterkante seiner Biegefläche 56 auf das Werkstück 48 aufsetzt. Nach dem Aufsetzen des Biegewerkzeuges 22 verlagert sich die Wippe 24, und exakt gesteuert durch die Kurven­ bahn 20 wälzt sich die Biegefläche 56 am Werkstück 48 ab wie dies schematisch in Fig. 7 veranschaulicht ist. Die beiden Endstellungen des Biegewerkzeuges 22 und der Wippe 24 sind mit ausgezogenen Linien und die Zwischenstellungen gestrichelt dargestellt. Die Mittellinie der Kurvenbahn 20 ist eine Evolvente zur Kreiskontur des Biegekerns 46 d. h. genaugenommen zur Außenfläche des am Biegekern 46 anliegenden gebogenen Werkstückes 48. Da der Biegekern im Ausführungsbeispiel kreisförmig konturiert ist, wird die Mittellinie der Kurvenbahn 20 als Abschnitt einer Kreisevolvente konstruiert, was ermöglicht, die Biege­ fläche 56 eben zu gestalten. Dank dieser Ausbildung der auf die Kontur des Biegekerns abgestellten Kurvenbahn wird jedes Gleiten zwischen der Biegefläche 56 des Biegewerk­ zeuges 22 am Werkstück 48 vermieden. Der Biegevorgang wird vielmehr durch reines Abwälzen erreicht, so daß die Materialoberfläche des Werkstückes 48 nicht verletzt wer­ den kann.

Claims (14)

1. Verfahren zum Biegen eines dünnwandigen Werkstückes über einen stationären Biegekern mit­ tels eines bewegten Biegewerkzeuges, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Biegewerkzeug (22) auf einer von der Kontur des Biegekerns (46) abhängigen Bahn derart zwangsgeführt wird, daß eine Biegefläche (56) des Biegewerkzeuges (22), die zu ihm relativ unbeweg­ lich ist, wenigstens angenähert einen wandernden Kon­ takt mit dem Werkstück (48) hat und sich, im wesentli­ chen ohne zu gleiten, abwälzend längs des Werkstückes (48) bewegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwangsführungsbahn (20) des Biege­ werkzeuges (22) Teil einer Evolvente zur Außenkontur des über den Biegekern (46) gebogenen Werkstückes (48) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegefläche (56) des Biegewerk­ zeuges (22) eben ausgebildet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur des Biegewerk­ zeuges (22) wenigstens zum Teil kreisbogenförmig aus­ gebildet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Biegewerkzeug (22) während des Biegevorganges von einer ersten, vom Hub einer Betätigungsvorrichtung abhängigen Kraft auf ei­ ner Seite der Biegezone und von einer davon unabhängi­ gen zweiten Kraft auf der anderen Seite der Biegezone beaufschlagt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Kraft während des Biegevor­ ganges ständig zunimmt.

7. Biegevorrichtung insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Antriebs­ einrichtung nach Art einer Presse, dessen Pressenbär mit einem Biegewerkzeug (22) antriebsmäßig gekuppelt ist, weiterhin mit einem im Pressenunterteil (12) ge­ lagerten Biegekern (46) und einem zwischen Biegekern (46) und Biegewerkzeug (22) gebildeten Einführungs­ spalt für ein dünnwandiges Werkstück (48) dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Biegewerkzeug (22) an einer Wippe (24) befestigt ist, die auf einer Seite des Biegewerk­ zeuges (22) mittels einer Kurvenbahn (20) geführt und mit einer Antriebsvorrichtung (34-44) derart mit der Presse verbunden ist, daß beim Abwärtsgang des Pressen­ bärs die Wippe (24) durch die Kurvenbahn (20) verla­ gert wird, daß an der Wippe (24) im Abstand von ihrer Kupplung mit der Kurvenbahn (20) ein Spannmittel (52, 4) angreift, mit dem ihr Biegewerkzeug (22) das Werkstück (48) gegen den Biegekern (46) spannt und daß die Kur­ venbahn (20) eine solche Form aufweist, daß eine Bie­ gefläche (56) das Biegewerkzeug (22) während des Bie­ gevorganges am Werkstück eine wenigstens angenähert reine Abwälzbewegung ausführt.

8. Biegevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegefläche (56) am Biegewerk­ zeug (22) unbeweglich angeordnet ist.

9. Biegevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenbahn (20) als geometrische Evolvente zur Umfangskontur des am Biege­ kern (46) anliegenden gebogenen Werkstückes (48) aus­ gebildet ist.

10. Biegevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippe (24) die Kurvenbahn (20) und die Antriebsvorrichtung (34- 44) dem mit dem Pressenbär verbundenen Oberteil (14) der Biegevorrichtung zugeordnet sind und letztere einen Steuerhebel (36) aufweist, dessen eines Ende (40) mindestens während des Biegevorganges am Pres­ senunterteil (12) unbeweglich abgestützt ist.

11. Biegevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannmittel (52, 54) eine Federanordnung (52) beinhaltet.

12. Biegevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannmittel (52, 54) an derjenigen Seite der Wippe (24) angreift, die, bezogen auf die Biegezone des Biegewerkzeuges (22), von der Seite, wo die Kupplung (26, 30) mit der Kurvenbahn (20) stattfindet, abgewandt ist.

13. Biegevorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (52) als Druckfeder ausgebildet und dem Pressenunterteil (12) zugeordnet ist und mittels eines Hebels (54) auf einen Ansatz (28) der Wippe (24) drückt.

14. Biegevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden En­ den des balkenartig ausgebildeten Biegewerkzeuges (22) jeweils eine Wippe (24) angeordnet ist und bei­ de Wippen (24) sowie deren Betätigungsorgane spie­ gelbildlich gleich ausgebildet bzw. angeordnet sind.