EP1466676A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines geschlossenen Metallprofils oder Metallrohrs mit in Längsrichtung variierender Wanddicke - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines geschlossenen Metallprofils oder Metallrohrs mit in Längsrichtung variierender Wanddicke Download PDF

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EP1466676A1
EP1466676A1 EP04006468A EP04006468A EP1466676A1 EP 1466676 A1 EP1466676 A1 EP 1466676A1 EP 04006468 A EP04006468 A EP 04006468A EP 04006468 A EP04006468 A EP 04006468A EP 1466676 A1 EP1466676 A1 EP 1466676A1
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EP
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sheet metal
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metal strip
roll forming
roll
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Dreistern GmbH and Co KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • B21C37/0803—Making tubes with welded or soldered seams the tubes having a special shape, e.g. polygonal tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a closed metal profile or metal pipe, the wall thickness of which varies along its longitudinal axis, and a roll forming system to carry out the process.
  • Rollumformanlagen and methods for roll forming sheet metal strips are being manufactured of closed metal profiles or metal pipes for a long time and widely used; however, it was previously only possible to use metal profiles or To manufacture metal pipes whose wall thickness is constant along their longitudinal axis remains.
  • Wall thicknesses using roll forming tools from a sheet metal strip are, for example from WO 00/29138 and from EP 1 210 998 A2 of the applicant known.
  • a sheet metal band is first produced, the thickness of which varies transversely to its longitudinal direction. After that, this becomes special manufactured sheet metal strip in a conventional roll forming system to a profile reshaped with varying wall thickness.
  • the invention is therefore based on the object, not only profiles with constant Wall thickness or with wall thicknesses that only vary in cross section by roll forming, but also profiles and pipes with in the longitudinal direction varying wall thickness.
  • the core of the method according to the invention thus consists of the following Process steps: First, what is in the prior art considered impossible or at least very disadvantageous and undesirable a sheet metal strip with a thickness varying along its length was used and fed to a roll forming system with roll forming tools, where it becomes a Profile or tube is formed. Before that is made by the forming Profile or tube lengthways in a conventional manner in a welding station If a closed profile or pipe is processed further, the formed one is Profile or tube in a completely new intermediate step to given External dimensions calibrated using at least one pair of calibration rollers. This calibration can already be done on the profile or pipe bring the desired final dimensions, but this is not necessary is.
  • the roll forming system modified according to the invention for carrying out the The method described is accordingly characterized in that at least a pair of calibration rollers between the roll forming tools and the Welding station is arranged to enable the novel "intermediate calibration" conventional longitudinal welding.
  • the Wall thickness of the metal strip used not only in the longitudinal direction, but additionally also varies along its cross section, so that the invention manufactured profiles and pipes in terms of material costs exactly for the respective application can be optimized.
  • the calibration rollers are preferably arranged in an unusual orientation. Usually a pipe or a closed profile runs during the final calibration after the welding station through the calibration rollers so that the The weld seam runs through one of the two calibration rollers. According to the present Invention this should not be the case; is particularly preferred rather an arrangement of the calibration rollers, in which the (according to the invention not yet available) weld seam in the edge area between the two Calibration rolls come to rest.
  • the profile or tube should be like this through the calibration rollers that the connection level between the longitudinal center axis of the profile or tube and the center line between the Narrow sides of the metal strip differ from the plane of rotation of the calibration rollers is, preferably approximately at right angles to this. This has following advantages:
  • a sheet metal strip is preferably used, in which the sections differ Band thickness are put together so that the band centers of the different sections are adjacent to each other.
  • the neutral fiber in Forming is then always in the middle of the material, which is the shear stress between the different sheet thicknesses advantageously minimized.
  • the outer dimensions are equalized, so that the thickness jump then ultimately lies inside the tube or profile.
  • the sheet metal strip can be shaped using roll-forming tools that work together in pairs to form a roll gap, where the clear width of the roll gap corresponds to the strip thickness of the current section of the sheet metal strip located therein is varied.
  • This can by changing the position of one of two working together in pairs Roll forming tools can be achieved, this preferably is moved perpendicular to the longitudinal direction of the sheet metal strip.
  • the roll gap at varying sheet thicknesses is avoided, that either the roll gap is too large for thin sections of the sheet metal strip, which would result in an undefined deformation of the band, or for thick sections of the band is too tight, which is caused by pressures on the one hand lead to poor production results and on the other hand the bearings of the Rollforming tools would endanger.
  • the positions for varying the roll gap are particularly preferably changed in position trained roll forming tools with a motor, hydraulic or pneumatic adjustment mechanism or they are spring-loaded variable in position so that it automatically adjusts to the thickness of the section of the sheet metal strip currently in it.
  • the movements of the rollforming tools which can be changed in storage can be correspondingly the course of the thickness of the sheet metal strip can be actively controlled, for example by means of a computer in which the thickness of the sheet metal strip is stored, while the production progress preferably over a path length measuring device is reported to the computer, or for example corresponding to that of a sensor unit for strip thickness measurement measured values; the movements of the rollforming tools that change their position can also be passive due to spring loading or for example by means of an overpressure limitation of a hydraulic adjustment mechanism can be achieved:
  • the variable roll forming tool then gives against the Spring force or due to the overpressure limitation after the sheet metal strip thickened in the roll gap, while the roll gap then also automatically narrowed again when the intermediate strip thickness decreased. hereby can, even if the above-mentioned active control of the roll gap nevertheless can also be provided, the roll forming system of each sheet metal topography adjust automatically without the need for any Store data in the control system or install complex sensors.
  • Figure 1 shows schematically the view of a frame 1, in which an upper Drive shaft 2 an upper roll forming tool 3 and on a lower drive shaft 4 a lower roll forming tool 5 are mounted.
  • Roll forming tools 3 5 formed nip 6 is an already partially profiled sheet metal strip 7 can be seen.
  • a roll forming system according to the invention usually consists of a large number of such, one after the other arranged frames, the roll forming tools the respective forming step are adapted differently.
  • the peculiarity of the frame 1 shown is that the upper drive shaft 2 does not sit firmly on the frame 1, but is mounted at different heights is.
  • two hydraulic cylinder units 8a and 8b are provided, which on the one hand on the frame 1 and on the other hand on the bearings 9a, 9b of the upper one Support drive shaft 2.
  • These are double-acting hydraulic cylinders, with which a defined change in height of the upper drive shaft 2 and thus a defined setting of the roll gap 6 can be achieved.
  • the hydraulic connection of the hydraulic cylinders 8a, 8b is schematic in FIG. 1 shown.
  • the hydraulic cylinders 8 are driven by a pump 10 a check valve 11 and a two-way valve 12 are supplied with hydraulic oil.
  • the Two-way valve 12 enables the hydraulic cylinders 8 to be reversed the line A is pressurized, the upper drive shaft 2 adjusts itself up to an upper stop and thus to a maximum opening of the roll gap 6; is activated by actuating the two-way valve 12, as shown in FIG. 1, the line B is pressurized, the drive shaft 2 lowers to one lower stop, so that the roll gap 6 to its smallest extent closes.
  • the two-way valve 12 thus enables in cooperation with the double-acting hydraulic cylinders 8 the active control described above of the roll gap 6, which is particularly sufficient if only two different sheet metal strip thicknesses can be processed.
  • the hydraulic adjustment mechanism shown in FIG. 1 thus combines active control of the roll gap opening by means of the two-way valve 12 with an automatic control of the rolling pressure by means of the pressure relief valve 13.
  • the pressure relief valve takes over 13 in active control mode regardless of the possibility of one Regulation of the rolling pressure a safety function against impermissible pressures in the hydraulic system.
  • Figure 2 shows schematically a roll forming from a sheet metal strip cylindrical tube 18 produced in three different thickness sections.
  • a first section 15 has a thicker wall, so that the band edges to lie on the bump.
  • a second section 15 'that merges with the first section 15 is welded in the middle, has a smaller wall thickness, which is why the Band edges do not lie on butt, but a gap remains, which is a simple Longitudinal welding to close the tube 18 makes it impossible.
  • a third section 15 ′′ is welded onto the end of the second section 15 ′ again has the same wall thickness as the first section 15.
  • Figure 2 shows the situation before the calibration and Longitudinal welding to complete tube 18.
  • a calibration roller pair 16, 17 is shown schematically in FIG the tube 18 from Figure 2 is intercalibrated before welding.
  • the butt edge 19, that is to say the subsequent weld seam, lies between in the edge region the two calibration rollers 16 and 17; the connection plane between the butt edge 19 and the longitudinal central axis of the tube 18 is perpendicular to the Plane of rotation of the two calibration rollers 16 and 17.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Rollumformanlage zum Herstellen eines Metallprofils vorgeschlagen, wobei die Wanddicke des Metallprofils entlang seiner Längsachse variiert. Hierzu wird ein Blechband (7) mit entlang seiner Länge variierender Dicke verwendet. Vor dem Zusammenschweißen des durch Umformen hergestellten Profils oder Rohrs zu einem geschlossenen Profil oder Rohr (18) wird dieses auf einen gewünschten Außendurchmesser kalibriert (17,18) und hierdurch etwa bestehende Welligkeiten in den Bandkanten egalisiert, so dass ein einfaches, herkömmliches Längsverschweißen des Profils oder Rohrs möglich ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines geschlossenen Metallprofils oder Metallrohrs, dessen Wanddicke entlang seiner Längsachse variiert, sowie eine Rollumformanlage zur Durchführung des Verfahrens. Rollumformanlagen und Verfahren zum Rollumformen von Blechbändern werden zur Herstellung von geschlossenen Metallprofilen oder Metallrohren zwar seit langem und weit verbreitet eingesetzt; jedoch war es bislang nur möglich, Metallprofile oder Metallrohre herzustellen, deren Wanddicke entlang ihrer Längsachse konstant bleibt.
Insbesondere bei Profilen und Rohren aus hochwertigen Werkstoffen sowie für die Verwendung in möglichst leicht und dennoch stabil zu konstruierenden Produkten ist es oft erwünscht, die Wände des Profils oder Rohrs nur dort etwas dicker auszubilden, wo es aus Stabilitätsgründen notwendig ist.
Verfahren zum Herstellen von Profilen mit über deren Querschnitt variierenden Wandstärken mittels Rollformwerkzeugen aus einem Blechband sind beispielsweise aus der WO 00/29138 sowie aus der EP 1 210 998 A2 der Anmelderin bekannt geworden. ln diesen Schriften wird zunächst ein Blechband hergestellt, dessen Dicke quer zu seiner Längsrichtung variiert. Danach wird dieses speziell hergestellte Blechband in einer herkömmlichen Rollumformanlage zu einem Profil mit variierender Wanddicke umgeformt.
Dieses Prinzip ist jedoch nicht einfach auf Blechbänder mit entlang deren Länge variierender Dicke übertragbar, aus denen dann ein Metallprofil oder Metallrohr hergestellt werden könnte. Abgesehen davon, dass ein Rollumformen von Blechbändern nach herkömmlicher Meinung grundsätzlich nur zur Verarbeitung von Blechen mit in Längsrichtung konstanter Dicke geeignet ist, führt das Rollumformen eines Blechbandes mit entlang seiner Länger variierender Dicke zu einem kaum schweißbaren Zwischenprodukt. Denn die Biegeradien, die beim Rollumformen eines Blechbandes entstehen, hängen insbesondere von der Dicke desselben ab. Die Lage der neutralen Faser beim Biegen des Blechs befindet sich etwa in der Mitte zwischen der Ober- und Unterseite des Blechbandes. Infolgedessen ist die neutrale Faser bei dicken Blechbändern weiter von den Oberflächen der Rollformwerkzeuge entfernt, als bei dünnen Bändern. Außerdem ergeben sich Pressungen in den Randbereichen der Biegeradien, wenn ein Blechband durch ein Rollformwerkzeugpaar hindurchgeführt wird, dessen Radien für ein dünneres Blechband konstruiert sind. Man erhält im Ergebnis nur an den Abschnitten mit höherer Blechdicke ein Profil oder Rohr, bei dem die Schmalseiten des Blechbandes aneinander stoßen. In den Abschnitten des Profils oder Rohrs mit geringerer Blechdicke verbleibt ein mehr oder weniger großer Spalt zwischen den Schmalseiten des Blechbandes, was ein herkömmliches Längsverschweißen zum Schließen des Profils oder Rohrs stark erschwert oder unmöglich macht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, nicht nur Profile mit konstanter Wanddicke oder mit lediglich in ihrem Querschnitt variierenden Wandstärken durch Rollumformen herzustellen, sondern auch Profile und Rohre mit in Längsrichtung variierender Wanddicke.
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des beigefügten Patentanspruchs 1 sowie durch eine Rollumformanlage mit den Merkmalen des beigefügten Patentanspruchs 11.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 10; vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Rollumformanlage sind in den Ansprüchen 12 bis 20 niedergelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht also in seinem Kern aus den folgenden Verfahrensschritten: Zunächst wird, was im bisherigen Stand der Technik als unmöglich oder zumindest als sehr nachteilig und unerwünscht angesehen wurde, ein Blechband mit entlang seiner Länge variierender Dicke verwendet und einer Rollumformanlage mit Rollformwerkzeugen zugeführt, wo es zu einem Profil oder Rohr umgeformt wird. Bevor nun das durch das Umformen hergestellte Profil oder Rohr in herkömmlicher Weise in einer Schweißstation längs zu einem geschlossenen Profil oder Rohr weiter verarbeitet wird, wird das umgeformte Profil oder Rohr in einem gänzlich neuen Zwischenschritt auf vorgegebene Außenmaße kalibriert, und zwar mittels mindestens eines Kalibrierrollen-Paars. Dieses Kalibrieren kann dabei durchaus das Profil oder Rohr bereits auf die gewünschten End-Außenmaße bringen, wobei dies allerdings nicht notwendig ist.
Gegenüber dem bisherigen Stand der Technik ist also das an sich bekannte Kalibrieren des Profils oder Rohrs auf vorgegebene Außenmaße, das im Stand der Technik immer erst nach der Schweißstation erfolgt, vor die Schweißstation verlegt worden. Dies ermöglicht, dass die in einer Rollumformanlage hergestellten Rohre und Profile in einer herkömmlichen Schweißstation überhaupt zu einem geschlossenen Profil oder Rohr verschweißt werden können. Denn, wie eingangs angesprochen, streckt sich das Material des Blechbandes beim Umformen je nach Dicke des Blechbandes in Umfangsrichtung unterschiedlich, so dass bei den Abschnitten mit kleiner Wanddicke dort, wo die Schweißnaht verlaufen soll, ein Spalt offen bleibt.
Die erfindungsgemäß modifizierte Rollumformanlage zur Durchführung des eben beschriebenen Verfahrens zeichnet sich entsprechend dadurch aus, dass mindestens ein Kalibrierrollen-Paar zwischen den Rollformwerkzeugen und der Schweißstation angeordnet ist, um das neuartige "Zwischenkalibrieren" zum Ermöglichen des herkömmlichen Längsverschweißens durchzuführen.
Im Rahmen der Erfindung ist es im übrigen nicht ausgeschlossen, dass die Wanddicke des verwendeten Blechbandes nicht nur in Längsrichtung, sondern zusätzlich auch entlang seines Querschnitts variiert, so dass die erfindungsgemäß hergestellten Profile und Rohre hinsichtlich des Materialaufwands exakt für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden können.
Die Kalibrierrollen sind vorzugsweise in unüblicher Orientierung angeordnet. Normalerweise läuft ein Rohr oder ein geschlossenes Profil beim End-Kalibrieren nach der Schweißstation so durch die Kalibrierrollen, dass die Schweißnaht mittig durch eine der beiden Kalibrierrollen läuft. Gemäß der vorliegenden Erfindung soll dies gerade nicht der Fall sein; besonders bevorzugt ist vielmehr eine Anordnung der Kalibrierrollen, bei der die (gemäß der Erfindung noch gar nicht vorhandene) Schweißnaht im Randbereich zwischen den beiden Kalibrierrollen zu liegen kommt. Mit anderen Worten soll das Profil oder Rohr so durch die Kalibrierrollen geführt werden, dass die Verbindungsebene zwischen der Längs-Mittelachse des Profils oder Rohrs und der Mittellinie zwischen den Schmalseiten des Blechbandes von der Rotationsebene der Kalibrierrollen verschieden ist, bevorzugterweise in etwa rechtwinklig auf dieser steht. Dies hat folgende Vorteile:
Mit kleiner werdendem Durchmesser der Rolle, also im Bereich des Nutgrundes, verringert sich die Kontaktfläche zwischen der Kalibrierrolle und dem Rohr bzw. Profil, wodurch die Flächenpressung zunimmt. Wird nun ein noch nicht verschweißtes Rohr oder Profil in herkömmlicher Anordnung durch ein Kalibrierrollenpaar geführt, ist die Flächenpressung an den noch nicht verschweißten Bandkanten besonders hoch, was zu einer Längung derselben führt. Hieraus ergibt sich jedoch die Gefahr eines Ausknickens des Rohrs oder Profils, insbesondere in den Abschnitten mit dünner Wandstärke und an den Übergangsbereichen zwischen einer geringen und einer starken Wanddicke. Ebenso können sich Wellen im Schweißbereich bilden, was zu einem schlechten Schweißergebnis führt, und die Rohrenden können trompetenförmig aufspringen.
Mit der bevorzugten, neuen Anordnung der Kalibrierrollen werden diese Effekte verhindert, da die besonders hohen Flächenpressungen nicht mehr bei den Bandkanten auftreten. Gleichwohl werden durch das Kalibrieren die in den dünnen Abschnitten des Rohres bzw. Profils vorhandenen Spalte an den Bandkanten geschlossen, so dass ein nachfolgendes Längsverschweißen keine Probleme mehr macht.
Bevorzugterweise wird ein Blechband verwendet, bei dem die Abschnitte unterschiedlicher Banddicke so aneinander gesetzt sind, dass die Bandmitten der verschiedenen Abschnitte jeweils aneinander liegen. Die neutrale Faser beim Umformen liegt dann also immer mittig im Material, was die Schubspannungen zwischen den verschiedenen Blechdicken vorteilhaft minimiert. Durch das Zwischenkalibrieren werden die Außenmaße egalisiert, so dass der Dickensprung dann letztendlich innen im Rohr oder Profil liegt.
Das Umformen des Blechbandes kann mittels Rollformwerkzeugen vorgenommen werden, die paarweise zusammenwirkend jeweils einen Walzspalt bilden, wobei die lichte Weite des Walzspaltes entsprechend der Banddicke des momentan darin befindlichen Abschnitts des Blechbandes variiert wird. Dies kann durch eine lageveränderliche Ausbildung eines von zwei paarweise zusammenwirkenden Rollformwerkzeugen erzielt werden, wobei dieses vorzugsweise senkrecht zur Längsrichtung des Blechbandes bewegt wird. Durch diese Anpassung des Walzspaltes an variierende anstehende Blechdicken wird vermieden, dass entweder der Walzspalt für dünne Abschnitte des Blechbandes zu groß ist, was eine undefinierte Verformung des Bandes zur Folge hätte, oder aber für dicke Abschnitte des Bandes zu eng ist, was durch Pressungen einerseits zu einem schlechten Produktionsergebnis führen und andererseits die Lager der Rollformwerkzeuge gefährden würde.
Besonders bevorzugt werden die zum Variieren des Walzspalts lageveränderlich ausgebildeten Rollformwerkzeuge mit einem motorischen, hydraulischen oder pneumatischen Verstellmechanismus versehen oder aber sie werden federbelastet lageveränderlich ausgebildet, so dass sie sich selbsttätig auf die Dicke des momentan darin befindlichen Abschnitts des Blechbandes einstellen.
Die Bewegungen der lagerveränderlichen Rollformwerkzeuge können entsprechend dem Verlauf der Dicke des Blechbandes aktiv gesteuert werden, beispielsweise mittels eines Computers, in welchem der Dickenverlauf des Blechbandes eingespeichert ist, während der Produktionsfortschritt vorzugsweise über eine Weglängenmesseinrichtung an den Computer gemeldet wird, oder beispielsweise entsprechend den von einer Sensoreinheit zur Banddickenmessung gemessenen Werten; die Bewegungen der lageveränderlichen Rollformwerkzeuge können aber auch passiv durch eine Federbelastung oder beispielsweise mittels einer Überdruckbegrenzung eines hydraulischen Verstellmechanismus erzielt werden: Das lageveränderliche Rollformwerkzeug gibt dann gegen die Federkraft oder aufgrund der Überdruckbegrenzung nach, wenn sich das Blechband im Walzspalt verdickt, während sich der Walzspalt dann ebenso selbsttätig wieder verengt, wenn sich die zwischenliegende Banddicke verringert. Hierdurch kann sich, auch wenn die oben genannte aktive Steuerung des Walzspalts dennoch zusätzlich vorgesehen sein kann, die Rollumformanlage jeder Blechbandtopografie selbsttätig anpassen, ohne dass es nötig wäre, vorher irgendwelche Daten in der Steuerung zu hinterlegen oder eine aufwendige Sensorik einzubauen.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung beispielhaft weiter erläutert. Es zeigen:
Figur 1
eine schematische Darstellung eines Gestells mit Rollformwerkzeugen in erfindungsgemäßer Ausführung nebst schematischer Darstellung eines hydraulischen Verstellmechanismus;
Figur 2
eine schematische Darstellung eines durch Rollumformen hergestellten zylindrischen Rohrs mit drei Abschnitten unterschiedlicher Wanddicke;
Figur 3
eine schematische Darstellung eines Kalibrierrollenpaars mit durchlaufendem Rohr.
Figur 1 zeigt schematisch die Ansicht eines Gestells 1, in dem an einer oberen Antriebswelle 2 ein oberes Rollformwerkzeug 3 und an einer unteren Antriebswelle 4 ein unteres Rollformwerkzeug 5 gelagert sind. In dem durch die zusammenwirkenden Rollformwerkzeuge 3, 5 gebildeten Walzspalt 6 ist ein bereits teilweise profiliertes Blechband 7 zu erkennen. Eine erfindungsgemäße Rollumformanlage besteht in der Regel aus einer Vielzahl von solchen, hintereinander angeordneten Gestellen, wobei die Rollformwerkzeuge dem jeweiligen Umformschritt angepasst verschieden ausgebildet sind.
Die Besonderheit des dargestellten Gestells 1 besteht darin, dass die obere Antriebswelle 2 nicht fest auf dem Gestell 1 sitzt, sondern höhenveränderlich gelagert ist. Hierzu sind zwei Hydraulikzylindereinheiten 8a und 8b vorgesehen, die sich einerseits am Gestell 1 und andererseits an den Lagern 9a, 9b der oberen Antriebswelle 2 abstützen. Es handelt sich hier um doppelt wirkende Hydraulikzylinder, mit denen eine definierte Höhenveränderung der oberen Antriebswelle 2 und damit eine definierte Einstellung des Walzspalts 6 erzielt werden kann.
Die hydraulische Beschaltung der Hydraulikzylinder 8a, 8b ist in Figur 1 schematisch dargestellt. Die Hydraulikzylinder 8 werden von einer Pumpe 10 über ein Rückschlagventil 11 und ein Zweiwegeventil 12 mit Hydrauliköl versorgt. Das Zweiwegeventil 12 ermöglicht eine Umsteuerung der Hydraulikzylinder 8: Wird die Leitung A druckbeaufschlagt, verstellt sich die obere Antriebswelle 2 bis zu einem oberen Anschlag und somit zu einer maximalen Öffnung des Walzspalts 6; wird durch ein Betätigen des Zweiwegeventils 12, wie in Figur 1 dargestellt, die Leitung B druckbeaufschlagt, senkt sich die Antriebswelle 2 bis zu einem unteren Anschlag, so dass sich der Walzspalt 6 bis zu seiner kleinsten Ausdehnung schließt. Das Zweiwegeventil 12 ermöglicht also im Zusammenwirken mit den doppelt wirkenden Hydraulikzylindern 8 die oben beschriebene aktive Steuerung des Walzspalts 6, was insbesondere dann völlig ausreichend ist, wenn lediglich zwei unterschiedliche Blechbanddicken verarbeitet werden.
Zusätzlich zum Zweiwegeventil 12 ist im Hydraulikschaltbild der Figur 1 noch ein Überdruckventil 13 zu erkennen, das von einer Druckmesseinrichtung 14 betätigt wird, sobald der im Hydrauliksystem herrschende hydraulische Druck einen Schwellenwert übersteigt. Diese einfache Maßnahme ermöglicht im Zusammenspiel mit einer geeignet leistungsfähigen Pumpe 10 eine automatische Regelung des Walzdrucks zwischen dem oberen Rollformwerkzeug 3 und dem unteren Rollformwerkzeug 5 auf einen konstanten Wert, und zwar unabhängig von der Größe des Walzspalts 6 und damit unabhängig von der Dicke des Blechbands 7. Denn sobald ein dickerer Abschnitt des Blechbands 7 in den Walzspalt 6 gerät, erhöht sich der Walzdruck und somit der Druck in der Leitung B. Wird nun das Überdruckventil 13 geöffnet, gibt das obere Rollformwerkzeug 3 nach, indem sich die obere Antriebswelle 2 nach oben bewegt, und zwar solange, bis der hydraulische Druck in der Leitung B wieder unter den Schwellenwert zur Betätigung des Überdruckventils 13 sinkt. Die Pumpe 10 sorgt dann dafür, dass der hydraulische Druck nicht weiter abfällt und somit der Walzdruck zwischen den Rollformwerkzeugen 3 und 5 aufrechterhalten bleibt. Wenn umgekehrt das Blechband 7 im Walzspalt 6 dünner wird, sorgt der von der Pumpe 10 aufgebaute hydraulische Druck in der Leitung B dafür, dass die obere Antriebswelle 2 umgehend nach unten bewegt wird, so dass sich der Walzspalt 6 zwischen dem oberen Rollformwerkzeug 3 und dem unteren Rollformwerkzeug 5 entsprechend schließt.
Der in Figur 1 dargestellte hydraulische Verstellmechanismus kombiniert also eine aktive Steuerungsmöglichkeit der Walzspaltöffnung mittels des Zweiwegeventils 12 mit einer automatischen Regelung des Walzdrucks mittels des Überdruckventils 13. Bei abrupten Dickenänderungen des Blechbandes 7 kann es durchaus vorteilhaft sein, die Änderung des Walzspalts 6 über eine aktive Umsteuerung des Zweiwegeventils 12 vorzunehmen, gegebenenfalls auch zusätzlich zur automatischen Walzdruckregelung. Umgekehrt übernimmt das Überdruckventil 13 im aktiven Steuerungsmodus unabhängig von der Möglichkeit einer Regelung des Walzdrucks eine Sicherungsfunktion gegen unzulässige Drücke im Hydrauliksystem.
Figur 2 zeigt schematisch ein mittels Rollumformen aus einem Blechband mit drei unterschiedlichen Dickenabschnitten hergestelltes zylindrisches Rohr 18. Ein erster Abschnitt 15 weist eine stärkerer Wanddicke auf, so dass die Bandkanten auf Stoß liegen. Ein zweiter Abschnitt 15', der mit dem ersten Abschnitt 15 mittig verschweißt ist, weist eine geringere Wanddicke auf, weshalb hier die Bandkanten nicht auf Stoß liegen, sondern ein Spalt verbleibt, der ein einfaches Längsverschweißen zum Schließen des Rohrs 18 unmöglich macht. Am anderen Ende des zweiten Abschnitts 15' ist ein dritter Abschnitt 15" angeschweißt, der wiederum dieselbe Wanddicke aufweist, wie der erste Abschnitt 15.
Figur 2 zeigt also die Situation vor dem erfindungsgemäßen Kalibrieren und Längsverschweißen zum Fertigstellen des Rohrs 18.
ln Figur 3 ist nun ein Kalibrierrollenpaar 16, 17 schematisch dargestellt, in welchem das Rohr 18 aus Figur 2 vor dem Verschweißen zwischenkalibriert wird. Die Stoßkante 19, also die spätere Schweißnaht, liegt im Randbereich zwischen den beiden Kalibrierrollen 16 und 17; die Verbindungsebene zwischen der Stoßkante 19 und der Längs-Mittelachse des Rohrs 18 steht also senkrecht auf der Rotationsebene der beiden Kalibrierrollen 16 und 17. Wie bereits beschrieben, bestehen die größten Flächenpressungen am Rohr 18 in der Rotationsebene der beiden Kalibrierrollen 16, 17, hier also vorteilhafterweise nicht im Bereich der Stoßkante 19. Im Gegenteil: Da die Stoßkante 19 sich im Berührungsbereich der beiden Kalibrierrollen 16, 17 befindet, ist dort kaum mit einer Längung des Rohrmaterials zu rechnen, so dass sich zwar der in Figur 2 dargestellte Spalt schließt, jedoch keine Welligkeit oder ein Ausknicken des Materials an der Stoßkante 19 zu befürchten ist. Das nachfolgende Längsverschweißen zur Fertigstellung des Rohrs 18 kann also in herkömmlicher Weise erfolgen. Gegebenenfalls kann selbstverständlich auch ein End-Kalibrieren nach der Schweißstation zusätzlich durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste
1
Gestell
2
Antriebswelle (obere)
3
Rollformwerkzeug (oberes)
4
Antriebswelle (untere)
5
Rollformwerkzeug (unteres)
6
Walzspalt
7
Blechband
8
Hydraulikzylinder
9
Lager (von 2)
10
Pumpe
11
Rückschlagventil
12
Zweiwegeventil
13
Überdruckventil
14
Druckmesseinrichtung
15, 15', 15"
Abschnitt (von 18)
16
Kalibrierrolle
17
Kalibrierrolle
18
Rohr
19
Stoßkante

Claims (20)

  1. Verfahren zum Herstellen eines geschlossenen Metallprofils oder Metallrohrs, dessen Wanddicke entlang seiner Längsachse variiert, mit folgenden Verfahrensschritten:
    Umformen eines Blechbandes mit entlang seiner Länge variierender Banddicke mittels Rollformwerkzeugen zu einem Profil oder Rohr,
    Kalibrieren des Profils oder Rohrs in mindestens einem Kalibrierrollenpaar auf vorgegebene Außenmaße,
    Zusammenschweißen der durch das Umformen und Kalibrieren aneinanderliegenden Schmalseiten des Blechbandes, um ein geschlossenes Profil oder Rohr fertigzustellen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Profil oder Rohr so durch die Kalibrierrollen geführt wird, dass die Verbindungsebene zwischen der Längs-Mittelachse des Profils oder Rohrs und der Mittellinie zwischen den Kanten des Blechbandes von der Rotationsebene der Kalibrierrollen verschieden ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsebene zwischen der Längs-Mittelachse des Profils oder Rohrs und der Mittellinie zwischen den Kanten des Blechbandes in etwa rechtwinklig auf die Rotationsebene der Kalibrierrollen gestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Blechband verwendet wird, bei dem die Abschnitte unterschiedlicher Banddicke so aneinandergesetzt sind, dass die Bandmitten der verschiedenen Abschnitte jeweils aneinander liegen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen des Blechbandes zu einem Profil oder Rohr mittels Rollformwerkzeugen vorgenommen wird, die paarweise zusammenwirkend jeweils einen Walzspalt bilden, dessen lichte Weite entsprechend der Banddicke des momentan darin befindlichen Abschnitts des Blechbandes variiert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich die Walzspalte aufgrund einer Verwendung von Rollformwerkzeugen, bei denen mindestens eines von zwei paarweise zusammenwirkenden Rollformwerkzeugen motorisch, federbelastet, hydraulisch oder pneumatisch Lageveränderlich ausgebildet ist, automatisch auf die Dicke des momentan darin befindlichen Abschnitts des Blechbandes einstellen.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die lageveränderlichen Rollformwerkzeuge pneumatisch oder hydraulisch vorgespannt und/oder verstellt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungen der lageveränderlichen Rollformwerkzeuge entsprechend dem Verlauf der Dicke des Blechbandes aktiv gesteuert werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungssteuerung mittels eines Computers erfolgt, in welchem der Dickenverlauf des Blechbandes eingespeichert ist, wobei der Produktionsfortschritt über eine Weglängenmesseinrichtung an den Computer gemeldet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der lageveränderlichen Rollformwerkzeuge entsprechend den von einer oder mehreren Sensoreinheiten zur Banddickenmessung gemessenen Werten gesteuert wird.
  11. Rollumformanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
    mit einer Mehrzahl von Rollformwerkzeugen (3, 5) zum Umformen eines Blechbandes (7) zu einem Metallprofil oder Metallrohr (18),
    mit einer Schweißstation zum Längsverschweißen des umgeformten Blechbandes (7) zu einem geschlossenen Metallprofil oder Metallrohr (18),
    und mit mindestens einem Paar Kalibrierrollen (16, 17) zum Kalibrieren des Profils oder Rohrs (18) auf vorgegebene Außenmaße,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierrollen (16, 17) zwischen den Rollformwerkzeugen (3, 5) und der Schweißstation angeordnet sind.
  12. Rollumformanlage nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierrollen (16, 17) so angeordnet sind, dass die Verbindungsebene zwischen der Längs-Mittelachse des Profils oder Rohrs (18) und der Mittellinie zwischen den Kanten (19) des Blechbandes (7) von der Rotationsebene der Kalibrierrollen (16, 17) verschieden ist.
  13. Rollumformanlage nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsebene zwischen der Längs-Mittelachse des Profils oder Rohrs (18) und der Mittellinie zwischen den Kanten (19) des Blechbandes (7) im wesentlichen senkrecht auf der Rotationsebene der Kalibrierrollen (16) steht.
  14. Rollumformanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Rollformwerkzeuge (5, 6) paarweise zusammenwirkend angeordnet sind, so dass sie jeweils einen Walzspalt (6) zum gleichzeitigen Einwirken auf das durch die Rollformwerkzeuge (3, 5) geführte Blechband (7) bilden, wobei jeweils mindestens eines von zwei paarweise zusammenwirkenden Rollformwerkzeugen (3) zur Anpassung des Walzspaltes (6) an eine variierende Dicke des Blechbandes (7) während des Umformprozesses relativ zum jeweils zugeordneten Rollformwerkzeug (5) lageveränderlich ausgebildet ist.
  15. Rollumformanlage nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass die lageveränderlichen Rollformwerkzeuge (3) federbelastet lageveränderlich ausgebildet sind.
  16. Rollumformanlage nach einem der Ansprüche 14 oder 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass die lageveränderlichen Rollformwerkzeuge (3) mit einem motorischen, hydraulischen oder pneumatischen Verstellmechanismus (8) versehen sind.
  17. Rollumformanlage nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus (8) mit einer Überdruckbegrenzung (13) für den Walzdruck versehen ist.
  18. Rollumformanlage nach einem der Ansprüche 16 oder 17,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus (8) mit einer Steuerung zum Verstellen des Walzspaltes (6) in Abhängigkeit von der variierenden Dicke des Blechbandes (7) versehen ist.
  19. Rollumformanlage nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung einen Speicher umfasst, in dem der Dickenverlauf des Blechbandes (7) hinterlegt ist.
  20. Rollumformanlage nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Verstellmechanismus (8) mit einer Sensoreinheit zur Banddickenmessung verbunden ist.
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