EP1908536A1 - Vorrichtung zum maschinellen Fliessformbiegen von Profilen - Google Patents

Vorrichtung zum maschinellen Fliessformbiegen von Profilen Download PDF

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EP1908536A1
EP1908536A1 EP06121861A EP06121861A EP1908536A1 EP 1908536 A1 EP1908536 A1 EP 1908536A1 EP 06121861 A EP06121861 A EP 06121861A EP 06121861 A EP06121861 A EP 06121861A EP 1908536 A1 EP1908536 A1 EP 1908536A1
Authority
EP
European Patent Office
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roller
axis
rolling
parts
head
Prior art date
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Application number
EP06121861A
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English (en)
French (fr)
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EP1908536B1 (de
Inventor
Marcus Stolz
Andrea Kroschk
Adrian Hofmann
Arno Müller
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Klingelnberg AG
Original Assignee
Klingelnberg AG
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Publication date
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Priority to DE502006002139T priority patent/DE502006002139D1/de
Priority to EP06121861A priority patent/EP1908536B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D9/00—Bending tubes using mandrels or the like
    • B21D9/10—Bending tubes using mandrels or the like by passing between rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D11/00—Bending not restricted to forms of material mentioned in only one of groups B21D5/00, B21D7/00, B21D9/00; Bending not provided for in groups B21D5/00 - B21D9/00; Twisting
    • B21D11/08—Bending by altering the thickness of part of the cross-section of the work

Definitions

  • the invention relates to devices used to bend profiles. In particular, it is about the so-called (cold) flow bending.
  • a roll bending machine which is equipped with a mandrel shaft, which is positioned in the interior of a profile to be bent in the bending zone.
  • the bending machine consists of a bearing on the inside of the curved profile center roller, a bending roller applied to the sheet outside and a arranged on the outlet side of the profile bending roller which acts on the sheet outer side, against the supporting action of a on the inlet side to the sheet outer side adjacent supporting role.
  • Another bending machine is from the German patent application DE 102004003681 A1 known. In the said patent application is about a novel process, which is also referred to as cold-flow bending, and a correspondingly designed bending machine.
  • the object is achieved by a device according to claim 1.
  • a device for automated bending of profiles comprises a roller and a multi-part counter-pressure roller, which is arranged spaced from the roller on the opposite side of a profile to be bent.
  • the roller and the counter-pressure roller have roller axes which are parallel to each other.
  • pressure is exerted on the profile to be bent during bending by reducing the relative distance between the multi-part counterpressure roller and the roller and, on the other hand, pressure is exerted in a direction parallel to the roller axes in a controlled manner on the roller parts of the counterpressure roller in order to prevent the deformation of the roller Material flow can be specifically influenced.
  • the principle of the method is based on a rolling mill 20 integrated in a bending machine 10, which rolls the wall thickness of a longitudinal profile 1 according to the desired profile curvature.
  • the corresponding bending machine 10 is shown schematically in FIG.
  • a special rolling process according to the invention is superimposed on the known roll bending. In this special rolling process, the flow of the material is specifically influenced. This is done by a specially designed rolling mill 20.
  • the rolling process according to the invention can also be used for forming profiles without the usual bending rolls of a bending machine.
  • Both open and closed longitudinal profiles 1 are in the region of a bending head, respectively a bending roller 23, by the interaction of this bending roller 23 with a plurality of rollers (counter-roller 13, 14, Support roller 22) formed.
  • the longitudinal profile 1 to be bent may, but need not, undergo two different process levels in the bending according to the invention.
  • the profile 1 is rolled out with a rolling depth calculated for the respective radius. Because of the wall thickness change thus produced in a targeted manner, the longitudinal curvature of the profile 1 (ie, a curvature in the longitudinal direction of the longitudinal profile 1) arises.
  • a mandrel 24 held inside the profile can transfer the force from a rolling roller 11 to a counter-roller 13, 14 (also called center roller) of the rolling mill 20.
  • a counter-roller 13, 14 also called center roller
  • the longitudinal profile 1 can be bent by the position of a bending roller 23 in its exact form.
  • Z-rollers 18, 19 Perpendicular to the counter-roller 13, 14 according to the invention in the area of the rolling mill 20 so-called Z-rollers 18, 19 are arranged, which do not act directly on the profile 1 but through the counter-roller 14 through (ie indirectly).
  • FIG. 1A shows a part 20 of a device 10 for automated bending of longitudinal profiles 1, designated as rolling mill 20.
  • Longitudinal profiles 1, which are formed in such a machine 10 typically have a longitudinal axis.
  • the position of the longitudinal profile 1 is indicated only by a reference arrow.
  • the longitudinal axis of the longitudinal profile 1 is perpendicular to the plane of the drawing, i. it runs parallel to the x-coordinate axis.
  • FIG. 1B shows a greatly simplified cross section of a longitudinal profile 1 (hat profile) to be bent perpendicular to the longitudinal direction.
  • the apparatus 10 has a rolling mill 20 with a rolling head and a multi-part counter-pressure roller 13, 14, 15.
  • a rolling roller 11 serves as a rolling head.
  • the multi-part counter-pressure roller 13, 14, 15 is mounted and arranged with respect to the roller 11 so that there is a small gap therebetween. This gap corresponds approximately to the cross-sectional shape (cross section perpendicular to the longitudinal axis) of the longitudinal profile 1, which is shown in Fig. 1B.
  • the roller 11 are on one side of the longitudinal profile 1 and the counter-pressure roller 13, 14, 15 on the opposite side.
  • the multi-part counter-pressure roller has a first roller axis Z2, which runs essentially perpendicular to the longitudinal axis of the longitudinal profile 1. As mentioned, it is according to the invention in the counter-pressure roller to a multi-part counter-pressure roller.
  • the multi-part counter-pressure roller is also referred to here as a pair of rollers, since it has at least two roller parts 13, 14 which are arranged coaxially.
  • the roller parts 13, 14 may, but need not, sit on a common axle or shaft 21 (see FIG. 6) whose center line is indicated in FIG. 1A as the roller axis Z2.
  • the roller parts 13, 14 are mounted so floating that the relative axial distance between the roller parts 13, 14 is variable.
  • either one of the roller parts can be fixed with respect to the axial position, while the other roller part is displaceable along the roller axis Z2 in the z-direction.
  • both roller parts 13, 14 can be displaceable along the roller axis Z2 in the z direction.
  • the axial distance between the roller parts 13, 14 is occupied by an elastic disc 15.
  • This disc 15 is optional. It can also be used other resilient or elastic elements that allow a floating mounting of the roller parts 13, 14.
  • the main purpose of the elastic disk 15, or the equivalent means is to push apart the two roller parts 13 and 14 so as to better insert or pull in the longitudinal profile 1 to be reshaped into the rolling mill.
  • the disk 15 and the equivalently acting means are therefore also referred to as designating restoring or spacing elements.
  • the Z-rollers 18, 19 are not delivered until the longitudinal profile 1 is in the rolling mill 20
  • the rolling roller 11 peak the rolling head
  • the multi-part counter-pressure roller can be delivered from right and left to the longitudinal profile 1 so as to exert a forming force on the longitudinal profile 1.
  • This feed motion is also referred to as Y W -feed (Y W is the rolling axis parallel to the y-coordinate axis).
  • Y W is the rolling axis parallel to the y-coordinate axis.
  • rolling forces are additionally used in the region of the rolling mill which are laterally, i. perpendicular to the longitudinal direction of the longitudinal profiles, (in the z-direction) attack (called vertical pressure).
  • the rolling roller 11 ie, the rolling head
  • the multi-part counter-pressure roller mainly process the surfaces of the longitudinal profile 1 lying in the xz plane, while the perpendicularly acting rolling forces act on the surfaces lying either in the xy plane or lightly in the xy plane lying obliquely (see example Fig. 1B).
  • the structure of the rolling mill 20 is selected such that in a direction parallel to the first roller axis Z2 controlled pressure is exerted on the roller parts 13, 14, whereby these roller parts 13, 14 in turn laterally applied to the longitudinal profile 1 rolling forces.
  • the controlled pressure is indicated by the double arrows C and D.
  • a first Z-roller 18 with a roller axis Y2 and a second Z-roller 19 with a roller axis Y1 are provided.
  • the axes Y1, Y2 are both substantially perpendicular to the first roller axis Z2.
  • the Z-roller 18 presses in the + z direction against an end region of the roller part 13 and the Z-roller 19 in the -z direction against an end region of the roller part 14.
  • rollers 13, 14, 15 and the roller 11 rotate.
  • Those circumferential surfaces of these rollers which have a radially outwardly facing surface normal roll on the corresponding surfaces of the longitudinal profile lying in the xz plane 1 off.
  • the roller parts 13, 14 it comes to a Sliding or grinding movements with respect to the surfaces of the longitudinal profile 1, which lie either in the xy plane or slightly inclined to the xy plane (see example Fig. 1B).
  • FIG. 2 a variant is shown in which an optional elastic disk 15 is arranged centrally between the roller parts 13, 14.
  • Each of the roller parts 13, 14 is rotationally symmetrical with respect to the first roller axis Z2 executed, since the peripheral surfaces of these roller parts 13, 14 along the longitudinal profile 1 during forming / rolling must roll or slip.
  • Each of the roller parts 13, 14 is divided into sections or discs 13.1 - 13.3 and 14.1- 14.3, which have different circumferential diameters. Preferably, the diameter changes continuously along the roller axis Z2 without forming corners or edges.
  • roller parts 13, 14 can be used which have circumferential jumps or edges.
  • each roller part can be composed of individual disks which are seated on a common shaft 21. But it can also be solid one-piece roller parts are used, which are each made for special profile shapes as a tool.
  • the elastic, floating bearing is necessary in order to transfer the vertically acting rolling forces on the longitudinal profile 1 can.
  • FIG. 3 shows further details of a rolling mill 20 of a bending machine 10 according to the invention.
  • the rolling roller 11 is supported by a frame 12 which is movable in the y-direction (Double arrow A).
  • the roller 11 may also comprise two or more discs 11.1, 11.2 or sections.
  • the multipart counter-roller 13, 14, 15 is supported by a frame 16 which is movable in the y-direction (double arrow B).
  • the vertically arranged Z-rollers 18 and 19 are also supported by respective frames 25 and 26 and can be delivered by displacement movements of these frames 25, 26 in + z and -z direction.
  • FIG. 1 Details of another embodiment are shown in FIG. 1
  • FIG. 5A Details of yet another embodiment are shown in FIG. 5A.
  • the Z rollers are not shown.
  • a rolling head 27 is used here.
  • the rolling head 27 has an arcuate effective region 28 which exerts pressure on one side of the longitudinal profile 1 to be deformed.
  • the rolling head 27, unlike the rolling roller 11, is not designed as a rotationally symmetrical overall body.
  • the longitudinal profile 1 slips or slides along the arcuate effective region 28 of the rolling head 27. In the case of the rolling roller 11, however, it rolls on the longitudinal profile 1.
  • Fig. 5B Details of an embodiment currently preferred over the embodiment shown in Fig. 5A are shown in Fig. 5B.
  • the Z rollers are not shown.
  • a so-called roller head 29 is used here.
  • the roller head 29 in turn has an effective range.
  • one or more rollers 30 are integrated in the roller head 29.
  • the roller head 29 indirectly exerts pressure on the longitudinal profile 1 to be formed via these integrated rollers 30 (the longitudinal profile 1 is shown somewhat enlarged in FIG. 5B in order to make it visible).
  • the roller head 29 is different than the rolling roller 11 is not designed as a rotationally symmetrical overall body.
  • the roller head 29 per se has the function of carrying the integrated rollers 30 and transferring the pressure to these rollers 30.
  • the longitudinal profile 1 slips or slides along the integrated rollers 30 of the roller head 29, which are thereby set in rotation and roll on the longitudinal profile 1.
  • the entire rolling roller 11 rolls on the longitudinal profile 1.
  • the device 10 has the advantage of being fast, reliable and accurate.
  • the device 10 can be easily and quickly adapted to a variety of longitudinal profiles by a suitable CNC control and by retooling the counter-rollers and roller.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
  • Press Drives And Press Lines (AREA)

Abstract

Vorrichtung (10) zum automatisierten Biegen von Längsprofilen (1) mit einer Längsachse, wobei die Vorrichtung (10) ein Walzwerk (20) mit einem Walzkopf und einer Gegendruckrolle umfasst, die in Bezug zu dem Walzkopf und beabstandet von diesem auf einer gegenüberliegenden Seite des zu biegenden Längsprofils (1) angeordnet ist, wobei die Gegendruckrolle eine erste Rollenachse (Z2) aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse verläuft. Als Gegendruckrolle kommt ein Rollenpaar mit mindestens zwei Rollenteilen (13, 14) zum Einsatz, die koaxial angeordnet und so schwimmend gelagert sind, dass der relative axiale Abstand zwischen den Rollenteilen (13, 14) variabel ist, und dass in einer Richtung parallel zu der ersten Rollenachse (Z2) kontrolliert Druck (C, D) auf die Rollenteile (13, 14) ausgeübt werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft Vorrichtungen, die eingesetzt werden, um Profile zu biegen. Insbesondere geht es um das sogenannte (Kalt-) Fliessformbiegen.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In der deutschen Patentanmeldung DE 19717472 A1 wird eine Walzenbiegemaschine beschrieben, die mit einem Dornschaft ausgerüstet ist, der im Innenraum eines zu biegenden Profils in der Biegezone positioniert wird. Die Biegemaschine besteht aus einer an der Innenseite des gebogenen Profils sich anlegenden Mittelrolle, einer sich an der Bogenaussenseite anlegenden Walzrolle und einer an der Auslaufseite des Profils angeordneten Biegerolle, welche auf die Bogenaussenseite wirkt, und zwar entgegen der Abstützwirkung einer an der Einlaufseite an der Bogenaussenseite anliegenden Stützrolle.
  • Eine weitere Biegemaschine ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 102004003681 A1 bekannt. In der besagten Patentanmeldung geht es um ein neuartiges Verfahren, das auch als Kalt-Fliessformbiegen bezeichnet wird, und um eine entsprechend ausgelegte Biegemaschine.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Lösung für die maschinelle Umsetzung des Kalt-Fliessformbiegens bereit zu stellen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung eine Biegemaschine bereit zu stellen, die flexibler einsetzbar ist als bisher bekannte Maschinen.
  • Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäss Anspruch 1 gelöst.
  • Gemäss Erfindung wird eine Vorrichtung zum automatisierten Biegen von Profilen bereit gestellt. Die Maschine umfasst eine Walzrolle und eine mehrteilige Gegendruckrolle, die beabstandet von der Walzrolle auf der gegenüberliegende Seite eines zu biegenden Profils angeordnet ist. Die Walzrolle und die Gegendruckrolle weisen Rollenachsen auf, die parallel zueinander verlaufen. Gemäss Erfindung dienen mindestens zwei Rollenteile als Gegendruckrolle. Diese Rollenteile sind koaxial zueinander angeordnet und so schwimmend gelagert, dass der relative axiale Abstand zwischen den beiden Rollenteilen variabel ist. In der Maschine wird beim Biegen einerseits Druck auf das zu biegende Profil ausgeübt, indem der relative Abstand zwischen mehrteiliger Gegendruckrolle und Walzrolle reduziert wird und andererseits wird in einer Richtung parallel zu den Rollenachsen kontrolliert Druck auf die Rollenteile der Gegendruckrolle ausgeübt, um das beim Umformen des Materials stattfindende Fliessen gezielt beeinflussen zu können.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Vorrichtung bilden die Gegenstände der Ansprüche 2 bis 15.
    • ZEICHNUNGEN
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
    • FIG. 1A
    eine schematische Draufsicht auf einen Teil einer ersten Vorrichtung gemäss Erfindung;
    FIG. 1B
    einen stark vereinfachten Querschnitt eines zu biegenden Längsprofils (Hutprofil) senkrecht zur Längsrichtung;
    FIG. 2
    eine schematische Draufsicht eines Teils der Rollen einer ersten Vorrichtung gemäss Erfindung;
    FIG. 3
    eine detaillierte Draufsicht auf einen Teil einer weiteren Vorrichtung gemäss Erfindung;
    FIG. 4
    eine schematische 3-dimensionale Ansicht auf einen Teil einer weiteren Vorrichtung gemäss Erfindung;
    FIG. 5A
    eine schematische 3-dimensionale Ansicht auf einen Teil einer weiteren Vorrichtung gemäss Erfindung;
    FIG. 5B
    eine schematische Seitenansicht eines Teils einer weiteren Vorrichtung gemäss Erfindung;
    FIG. 6
    eine stark schematisierte Ansicht einer ersten Vorrichtung gemäss Erfindung.
    DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung werden Begriffe verwendet, die auch in einschlägigen Publikationen und Patenten Verwendung finden. Es sei jedoch angemerkt, dass die Verwendung dieser Begriffe lediglich dem besseren Verständnis dienen sollen. Der erfinderische Gedanke und der Schutzumfang der Patentansprüche soll durch die spezifische Wahl der Begriffe nicht in der Auslegung eingeschränkt werden. Die Erfindung lässt sich ohne weiteres auf andere Begriffssysteme und/oder Fachgebiete übertragen. In anderen Fachgebieten sind die Begriffe sinngemäss anzuwenden.
  • Das Prinzip des Verfahrens beruht auf einem in eine Biegemaschine 10 integrierten Walzwerk 20, welches die Wandstärke eines Längsprofils 1 entsprechend der gewünschten Profilkrümmung auswalzt. Die entsprechende Biegemaschine 10 ist in Fig. 6 schematisch gezeigt. Je nach Ausführungsform wird dem bekannten Roll-Biegen ein spezieller erfindungsgemässer Walzvorgang überlagert. Bei diesem speziellen Walzvorgang wird das Fliessen des Materials gezielt beeinflusst. Dies geschieht durch ein ganz speziell ausgebildetes Walzwerk 20. Der erfindungsgemässe Walzvorgang kann aber auch ohne die üblichen Biegerollen einer Biegemaschine zum Umformen von Profilen verwendet werden.
  • Sowohl offene wie auch geschlossene Längsprofile 1 werden im Bereich eines Biegekopfes, respektive einer Biegerolle 23, durch das Zusammenwirken dieser Biegerolle 23 mit mehreren Rollen (Gegenrolle 13, 14, Stützrolle 22) umgeformt. Das zu biegende Längsprofil 1 kann, muss aber nicht, beim erfindungsgemässen Biegen zwei unterschiedliche Prozessebenen durchlaufen. In dem sogenannten Walzwerk 20 wird das Profil 1 mit einer für den jeweiligen Radius berechneten Auswalztiefe ausgewalzt. Wegen der so gezielt entstehenden Wandstärkenänderung entsteht die Längskrümmung des Profils 1 (d.h. eine Krümmung in Längsrichtung des Längsprofils 1). Bei geschlossenen Längsprofilen 1 kann ein im Profilinneren gehaltener Dorn 24 die Kraft von einer Walzrolle 11 zu einer Gegenrolle 13, 14 (auch Mittelrolle genannt) des Walzwerks 20 übertragen. In der sogenannten Biegeebene (im Bereich einer Biegerolle 23) kann das Längsprofil 1 durch die Position einer Biegerolle 23 in seine exakte Form gebogen werden. Senkrecht zu der Gegenrolle 13, 14 sind gemäss Erfindung im Bereich des Walzwerks 20 sogenannte Z-Rollen 18, 19 angeordnet, die nicht direkt auf das Profil 1 sondern durch die Gegenrolle 14 hindurch (also indirekt) einwirken.
  • Im Folgenden wird das Prinzip der Erfindung anhand einer ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert. In Fig. 1A ist ein als Walzwerk 20 bezeichneter Teil einer Vorrichtung 10 zum automatisierten Biegen von Längsprofilen 1 gezeigt. Längsprofile 1, die in einer solchen Maschine 10 umgeformt werden, weisen typischerweise eine Längsachse auf. In Fig. 1A ist die Lage des Längsprofils 1 nur durch einen Bezugspfeil angedeutet. Die Längsachse des Längsprofils 1 steht auf der Zeichenebene senkrecht, d.h. sie verläuft parallel zur x-Koordinatenachse. In Fig. 1B ist ein stark vereinfachter Querschnitt eines zu biegenden Längsprofils 1 (Hutprofil) senkrecht zur Längsrichtung gezeigt.
  • Die Vorrichtung 10 weist ein Walzwerk 20 mit einem Walzkopf und einer mehrteiligen Gegendruckrolle 13, 14, 15 auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel dient eine Walzrolle 11 als Walzkopf. Die mehrteilige Gegendruckrolle 13, 14, 15 ist in Bezug zu der Walzrolle 11 so gelagert und angeordnet, dass sich dazwischen ein kleiner Spalt ergibt. Dieser Spalt entspricht in etwa der Querschnittsform (Querschnitt senkrecht zur Längsachse) des Längsprofils 1, die in Fig. 1B gezeigt ist. In Bezug zu dem Längsprofil 1 befinden sich die Walzrolle 11 auf einer Seite des Längsprofils 1 und die Gegendruckrolle 13, 14, 15 auf der gegenüberliegenden Seite.
  • Die mehrteilige Gegendruckrolle weist eine erste Rollenachse Z2 auf, die im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Längsprofils 1 verläuft. Wie erwähnt, handelt es sich gemäss Erfindung bei der Gegendruckrolle um eine mehrteilige Gegendruckrolle. Die mehrteilige Gegendruckrolle wird hier auch als Rollenpaar bezeichnet, da sie mindestens zwei Rollenteile 13, 14 aufweist, die koaxial angeordnet sind. Die Rollenteile 13, 14 können, müssen aber nicht, auf einer gemeinsamen Achse oder Welle 21 sitzen (siehe Fig. 6), deren Mittelpunktlinie in Fig. 1A als Rollenachse Z2 angedeutet ist. Die Rollenteile 13, 14 sind so schwimmend gelagert, dass der relative axiale Abstand zwischen den Rollenteilen 13, 14 variabel ist. Zu diesem Zweck kann entweder eines der Rollenteile in Bezug auf die axiale Lage fixiert sein, während das andere Rollenteil entlang der Rollenachse Z2 in z-Richtung verschiebbar ist. Oder es können beide Rollenteile 13, 14 entlang der Rollenachse Z2 in z-Richtung verschiebbar sein.
  • In Fig. 1A ist der axiale Abstand zwischen den Rollenteilen 13, 14 durch eine elastische Scheibe 15 belegt. Diese Scheibe 15 ist optional. Es können auch andere federnde oder elastische Elemente eingesetzt werden, die eine schwimmende Lagerung der Rollenteile 13, 14 ermöglichen. Hauptzweck der elastischen Scheibe 15, oder der gleichwirkenden Mittel ist es, die beiden Rollenteile 13 und 14 auseinander zu drücken, um so möglichst das umzuformende Längsprofil 1 besser in das Walzwerk einschieben oder hineinziehen zu können Die Scheibe 15 und die gleichwirkenden Mittel werdend daher auch als rückstellende oder abstandhaltende Elemente bezeichnet. Vorzugsweise werden die Z-Rollen 18, 19 erst dann zugestellt, wenn sich das Längsprofil 1 im Walzwerk 20 befindet
  • Wie in Fig. 1A durch die Doppelpfeile A und B angedeutet, können die Walzrolle 11 (spricht der Walzkopf) und die mehrteilige Gegendruckrolle von rechts und links auf das Längsprofil 1 zugestellt werden, um so eine Umformkraft auf das Längsprofil 1 auszuüben. Bei dieser Zustellbewegung kann der Abstand zwischen den Achsen Z1 und Z2 vergrössert oder verkleinert werden. Diese Zustellbewegung wird auch als YW-Zustellung (YW ist die Walzachse die parallel zur y-Koordinatenachse liegt) bezeichnet. In einer weniger flexiblen Ausführungsform ist die Lage einer Achse (z.B. Achse Y2) fest. Während die andere Achse (z.B. Achse Y1) verschoben werden kann.
  • Um das Fliessen des Materials des zu biegenden Längsprofils 1 gezielt beeinflussen zu können, kommen gemäss Erfindung aber zusätzlich im Bereich des Walzwerks 20 Walzkräfte zum Einsatz, die seitlich, d.h. senkrecht zu der Längsrichtung der Längsprofile, (sprich in z-Richtung) angreifen (senkrechte Pressung genannt). Die Walzrolle 11 (d.h. der Walzkopf) und die mehrteilige Gegendruckrolle bearbeiten hauptsächlich die in der x-z-Ebene liegenden Flächen des Längsprofils 1, während die senkrecht wirkenden Walzkräfte auf die Flächen einwirken, die entweder in der x-y-Ebene liegen oder zur x-y-Ebene leicht schräg geneigt liegen (siehe Beispiel Fig. 1B).
  • Gemäss Erfindung ist der Aufbau des Walzwerks 20 so gewählt, dass in einer Richtung parallel zu der ersten Rollenachse Z2 kontrolliert Druck auf die Rollenteile 13, 14 ausgeübt wird, wodurch diese Rollenteile 13, 14 wiederum seitlich auf das Längsprofil 1 einwirkende Walzkräfte aufbringen. In dem in Fig. 1A gezeigten Beispiel wird der kontrollierte Druck durch die Doppelpfeile C und D angedeutet. Um den notwendigen Druck ausüben zu können, sind eine erste Z-Rolle 18 mit einer Rollenachse Y2 und eine zweite Z-Rolle 19 mit einer Rollenachse Y1 vorgesehen. Die Achsen Y1, Y2 stehen beide im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Rollenachse Z2. Durch jede der Z-Rollen 18, 19 wird Druck (siehe Doppelpfeile C, D) auf die Rollenteile 13, 14 ausgeübt, indem die relative Achsenlage der Rollenachsen Y1, Y2 maschinell verstellt wird.
  • Im gezeigten Beispiel drückt die Z-Rolle 18 in +z Richtung gegen einen Stirnbereich des Rollenteils 13 und die Z-Rolle 19 in -z Richtung gegen einen Stirnbereich des Rollenteils 14.
  • Wird das Längsprofil 1 durch das Walzwerk 20 bewegt, so drehen sich die Rollen 13, 14, 15 und die Rolle 11. Diejenigen Umfangsflächen dieser Rollen, die eine radial nach aussen weisende Flächennormale haben rollen auf den entsprechenden in der x-z Ebene liegenden Flächen des Längsprofils 1 ab. Im Bereich der geneigten Seitenflächen der Rollenteile 13, 14 kommt es zu einer Rutsch- oder Schleifbewegungen in Bezug auf die Flächen des Längsprofils 1, die entweder in der x-y-Ebene liegen oder zur x-y-Ebene leicht schräg geneigt liegen (siehe Beispiel Fig. 1B).
  • In Fig. 2 sind in einem vergrösserten Ausschnitt weitere Details des Walzwerks 20 zu erkennen. Rechts ist die als Walzkopf dienende Walzrolle 11 und links sind die Rollenteile 13 und 14 gezeigt. Mittig zwischen diesen Elemente 11, 13, 14 wird das Längsprofil 1 in x-Richtung hindurchbewegt. Wie auch in Fig. 1A, ist in Fig. 2 eine Variante gezeigt bei der mittig zwischen den Rollenteilen 13, 14 eine optionale elastische Scheibe 15 angeordnet ist.
  • Jedes der Rollenteile 13, 14 ist rotationssymmetrisch in Bezug auf die erste Rollenachse Z2 ausgeführt, da die Umfangsflächen dieser Rollenteile 13, 14 entlang des Längsprofils 1 beim Umformen/Walzen abrollen bzw. rutschen müssen. Jedes der Rollenteile 13, 14 ist in Abschnitte oder Scheiben 13.1 - 13.3 und 14.1- 14.3 aufgeteilt, die unterschiedliche Umfangsdurchmesser haben. Vorzugsweise ändert sich der Durchmesser entlang der Rollenachse Z2 stetig ohne Ecken oder Kanten zu bilden. Je nach Form des Längsprofils 1 können aber auch Rollenteile 13, 14 eingesetzt werden, die Umfangssprünge oder -kanten aufweisen.
  • Um die Gegenrolle, die aus den Rollenteilen 13, 14 und gegebenenfalls 15 gebildet wird, an das jeweilige Längsprofil anpassen zu können, kann jedes Rollenteil aus einzelnen Scheiben zusammengesetzt werden, die auf einer gemeinsamen Welle 21 sitzen. Es können aber auch solide einstückige Rollenteile zum Einsatz kommen, die jeweils für spezielle Profilformen als Werkzeug angefertigt werden.
  • Die elastische, schwimmende Lagerung ist notwendig, um die senkrecht wirkenden Walzkräfte auf das Längsprofil 1 übertragen zu können.
  • In Fig. 3 sind weitere Details eines erfindungsgemässen Walzwerks 20 einer Biegemaschine 10 gezeigt. Wie auch bereits in Fig. 1A gezeigt, wird die Walzrolle 11 von einem Rahmen 12 getragen, der in y-Richtung bewegbar ist (Doppelpfeil A). Die Walzrolle 11 kann auch zwei oder mehr Scheiben 11.1, 11.2 oder Abschnitten umfassen. Die mehrteilige Gegenrolle 13, 14, 15 wird von einem Rahmen 16 getragen, der in y-Richtung bewegbar ist (Doppelpfeil B). Die senkrecht angeordneten Z-Rollen 18 und 19 werden auch von entsprechenden Rahmen 25 und 26 getragen und können durch Verschiebungsbewegungen dieser Rahmen 25, 26 in +z und -z Richtung zugestellt werden.
  • In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann entweder nur die Walzrolle 11 (respektive der Walzkopf) oder die mehrteilige Gegendruckrolle 13, 14, 15 zugestellt werden, da es letztendlich nur auf eine Relativbewegung dieser Rollen ankommt, um im Walzwerk 20 den notwendigen Druck auf das umzuformende Längsprofil 1 ausüben.
  • Details einer weiteren Ausführungsform sind in Fig. 4 gezeigt.
  • Details noch einer weiteren Ausführungsform sind in Fig. 5A gezeigt. Bei der in Fig. 5A gezeigten Ausführungsform sind die Z-Rollen nicht gezeigt. Statt einer Walzrolle 11 wird hier ein Walzkopf 27 eingesetzt. Der Walzkopf 27 hat einen bogenförmigen Wirkbereich 28, der Druck ausübt auf eine Seite des zu verformenden Längsprofils 1. Als Gesamtes betrachtet ist der Walzkopf 27 anders als die Walzrolle 11 nicht als rotationssymmetrischer Gesamtkörper ausgeführt. Das Längsprofil 1 rutscht oder gleitet entlang des bogenförmigen Wirkbereichs 28 des Walzkopfes 27. Bei der Walzrolle 11 hingegen rollt diese am Längsprofil 1 ab.
  • Details einer gegenwärtig gegenüber der in Fig. 5A gezeigten Ausführungsform bevorzugten Ausführungsform sind in Fig. 5B gezeigt. In dieser Abbildung sind die Z-Rollen nicht gezeigt. Statt einem Walzkopf 27 oder einer Walzrolle 11 kommt hier ein sogenannter Rollenkopf 29 zum Einsatz. Der Rollenkopf 29 hat wiederum einen Wirkbereich. Im Wirkbereich sind eine oder mehrere Rollen 30 in den Rollenkopf 29 integriert. Der Rollenkopf 29 übt indirekt über diese integrierten Rollen 30 Druck aus auf das umzuformende Längsprofil 1 (das Längsprofil 1 ist in Fig. 5B etwas vergrössert dargestellt, um es sichtbar zu machen). Je nach Ausführungsform gibt es integrierte Rollen 30, die in -y Richtung und/oder in +z und -z Richtung Druck ausüben auf die jeweiligen Seiten oder Bereiche des zu verformenden Längsprofils 1. Als Gesamtes betrachtet ist der Rollenkopf 29 anders als die Walzrolle 11 nicht als rotationssymmetrischer Gesamtkörper ausgeführt. Der Rollenkopf 29 an sich hat die Funktion die integrierten Rollen 30 zu tragen und den Druck auf diese Rollen 30 zu übertragen. Das Längsprofil 1 rutscht oder gleitet entlang der integrierten Rollen 30 des Rollenkopfes 29, die dadurch in Rotation versetzt werden und am Längsprofil 1 abrollen. Bei der Walzrolle 11 hingegen rollt die gesamte Walzrolle 11 am Längsprofil 1 ab.
  • Die Vorrichtung 10 hat den Vorteil, dass sie schnell, zuverlässig und genau arbeitet. Die Vorrichtung 10 kann durch eine geeignete CNC Steuerung und durch Umrüsten der Gegenrollen und Walzrolle einfach und schnell an verschiedenste Längsprofile angepasst werden.
  • Diese erfindungsgemässe Kombination führt zu Umformmöglichkeiten, welche bisher nicht erreichbar waren. Präzise, reproduzierbare Biegekonturen mit geringsten Eigenspannungen sind das Ergebnis des beschriebenen Fliessformbiegens. Die Werkstoffpalette, die sich für dieses Verfahren eignet, reicht von weichen NE-Metallen bis hin zu hochfesten Stählen. Es können rollierte Profile in geschlossener oder offener Ausführung, extrudierte Strangpressprofile oder Rohre in unterschiedlichsten Querschnittsgeometrien gebogen werden.
  • Mithilfe des neuartigen inkrementellen Biegeverfahrens lassen sich Profile aus hochfestem Stahl bis hin zu Aluminium prozesssicher umformen.

Claims (15)

  1. Vorrichtung (10) zum automatisierten Biegen von Längsprofilen (1) mit einer Längsachse, wobei die Vorrichtung (10) ein Walzwerk (20) mit einem Walzkopf und einer Gegendruckrolle umfasst, die in Bezug zu dem Walzkopf und beabstandet von diesem auf einer gegenüberliegenden Seite des umzuformenden Längsprofils (1) angeordnet ist, wobei die Gegendruckrolle eine erste Rollenachse (Z2) aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass
    - als Gegendruckrolle ein Rollenpaar mit mindestens zwei Rollenteilen (13, 14) dient, die koaxial angeordnet und so schwimmend gelagert sind, dass der relative axiale Abstand zwischen den Rollenteilen (13, 14) variabel ist, und
    - dass in einer Richtung parallel zu der ersten Rollenachse (Z2) kontrolliert Druck (C, D) auf die Rollenteile (13, 14) ausgeübt werden kann.
  2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Biegebereich des Walzwerks (20) nur die beiden Rollenteile (13, 14) und der Walzkopf direkten Druck ausüben auf das Längsprofil (1).
  3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Walzkopf um einen Kopf (27) handelt, der einen bogenförmigen Wirkbereich (28) hat, aber an sich nicht als rotationssymmetrischer Gesamtkörper ausgeführt ist.
  4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Walzkopf um eine Walzrolle (11) handelt, die rotationssymmetrisch ausgeführt und drehbar in Bezug auf eine Walzachse (Z1) gelagert ist.
  5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Walzkopf um einen Rollenkopf (29) handelt, der eine oder mehrere integrierte Rollen (30) umfasst, die in einem Wirkbereich des Rollenkopfes (29) angeordnet sind.
  6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzrolle (11) eine Umfangsform aufweist, die an eine Innenform des zu biegenden Längsprofils (1) angepasst ist.
  7. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenteile (13, 14) eine Umfangsform aufweisen, die an eine Aussenform des zu biegenden Längsprofils (1) angepasst ist.
  8. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine Z-Rolle (19) mit einer zweiten Rollenachse (Y1) umfasst, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Rollenachse (Z2) verläuft, wobei der Druck (D) auf eines der Rollenteile (14) ausübbar ist indem die Achsenlage der zweiten Rollenachse (Y1) maschinell verstellt wird, wobei die axiale Position der anderen der Rollenteile (13) an der ersten Rollenachse (Z2) fixiert ist.
  9. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Z-Rolle (19) mit einem Umfangsbereich gegen einen Stirnbereich des Rollenteils (14) drückt.
  10. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine erste Z-Rolle (18) mit einer zweiten Rollenachse (Y2) und eine zweite Z-Rolle (19) mit einer dritten Rollenachse (Y1) umfasst, die beide im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Rollenachse (Z2) verlaufen, wobei durch jede der Z-Rollen (18, 19) Druck (C, D) auf die Rollenteile (13, 14) ausübbar ist indem die relative Achsenlage der zweiten Rollenachse (Y2) und der dritten Rollenachse (Y1) maschinell verstellt wird.
  11. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzkopf (11, 27, 29) und die als Gegendruckrolle dienenden Rollenteile (13, 14) so gelagert und angeordnet sind, dass sie durch eine Abstandsreduktion relativ zueinander zustellbar sind, um so von zwei Seiten Druck auf das Längsprofil (1) auszuüben.
  12. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Längsprofil (1) durch die Vorrichtung (10) hindurchbewegt und durch die Wechselwirkung mit dem Walzkopf (11, 27, 29) und den Rollenteilen (13, 14) in ein bogenförmiges Profil umgeformt wird, wobei die an einer bogenaussenseitigen Stirnwand entstehenden Materialflüsse über die an Seitenwänden des Längsprofils (1) wirkenden Bereiche der Rollenteile (13, 14) über zugeordnete Seitenwände in eine bogeninnenseitige Stirnwand umgelenkt werden.
  13. Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Biegelinie an die Bogeninnenseite des Profils (1) verlegt ist und ein Gefügefluss von der Bogenaussenseite in Richtung auf die Bogeninnenseite bewirkt wird.
  14. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Rollenteile (13, 14) eine mindestens teilweise konische Umfangsform aufweist.
  15. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - jedes der Rollenteile (13, 14) rotationssymmetrisch ist in Bezug auf die erste Rollenachse (Z2), und
    - dass jedes der Rollenteile (13, 14) Abschnitte (13.1 - 13.3, 14.1- 14.3) aufweist, die unterschiedliche Umfangsdurchmesser haben, wobei vorzugsweise der Durchmesser sich entlang der Rollenachse (Z1) monoton verändert.
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