EP1908536A1 - Apparatus for mechanically flowform bending of profiles - Google Patents
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- B21D11/08—Bending by altering the thickness of part of the cross-section of the work
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen, die eingesetzt werden, um Profile zu biegen. Insbesondere geht es um das sogenannte (Kalt-) Fliessformbiegen.The invention relates to devices used to bend profiles. In particular, it is about the so-called (cold) flow bending.
In der
Eine weitere Biegemaschine ist aus der deutschen Patentanmeldung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Lösung für die maschinelle Umsetzung des Kalt-Fliessformbiegens bereit zu stellen.It is an object of the invention to provide an improved solution for the mechanical implementation of cold-flow bending.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung eine Biegemaschine bereit zu stellen, die flexibler einsetzbar ist als bisher bekannte Maschinen.It is a further object of the invention to provide a bending machine which is more flexible than hitherto known machines.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäss Anspruch 1 gelöst.The object is achieved by a device according to
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.According to the invention, a device for automated bending of profiles is provided. The machine 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. According to the invention serve at least two roller parts as a counter-pressure roller. These roller parts are arranged coaxially with each other and mounted so floating that the relative axial distance between the two roller parts is variable. In the machine, on the one hand, 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.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Vorrichtung bilden die Gegenstände der Ansprüche 2 bis 15.Advantageous embodiments of the inventive device form the subject matter of claims 2 to 15.
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.
- FIG. 1A
- a schematic plan view of a portion of a first device according to the invention;
- FIG. 1B
- a greatly simplified cross section of a longitudinal profile to be bent (hat profile) perpendicular to the longitudinal direction;
- FIG. 2
- a schematic plan view of part of the rollers of a first device according to the invention;
- FIG. 3
- a detailed plan view of a part of another device according to the invention;
- FIG. 4
- a schematic 3-dimensional view of a part of another device according to the invention;
- FIG. 5A
- a schematic 3-dimensional view of a part of another device according to the invention;
- FIG. 5B
- a schematic side view of part of another device according to the invention;
- FIG. 6
- a highly schematic view of a first device according to the invention.
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.In the context of the present description, terms are used which are also used in relevant publications and patents. It should be noted, however, that the use of these terms is for the convenience of understanding only. The inventive idea and the scope of the claims should not be limited by the specific choice of the terms in the interpretation. The invention can be readily applied to other conceptual systems and / or fields. In other fields the terms are to be applied analogously.
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.The principle of the method is based on a rolling
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.Both open and closed
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.In the following, the principle of the invention will be explained with reference to a first embodiment of the invention. FIG. 1A shows a
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.The
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.The multi-part counter-pressure roller has a first roller axis Z2, which runs essentially perpendicular to the longitudinal axis of the
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 befindetIn Fig. 1A, the axial distance between the
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.As indicated in Fig. 1A by the double arrows A and B, the rolling roller 11 (speaks the rolling head) and the multi-part counter-pressure roller can be delivered from right and left to the
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).In order to be able to influence the flow of the material of the
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.According to the invention, the structure of the rolling
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.In the example shown, the Z-
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).If the
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.2, further details of the rolling
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.Each of the
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.In order to be able to adapt the counter roller, which is formed from the
Die elastische, schwimmende Lagerung ist notwendig, um die senkrecht wirkenden Walzkräfte auf das Längsprofil 1 übertragen zu können.The elastic, floating bearing is necessary in order to transfer the vertically acting rolling forces on the
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.FIG. 3 shows further details of a rolling
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.In a specific embodiment of the invention, either only the rolling roller 11 (or the rolling head) or the multi-part
Details einer weiteren Ausführungsform sind in Fig. 4 gezeigt.Details of another embodiment are shown in FIG.
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 of yet another embodiment are shown in FIG. 5A. In the embodiment shown in Fig. 5A, the Z rollers are not shown. Instead of a rolling
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.Details of an embodiment currently preferred over the embodiment shown in Fig. 5A are shown in Fig. 5B. In this illustration, the Z rollers are not shown. Instead of a rolling
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.The
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.This inventive combination leads to forming possibilities, which were previously unavailable. Precise, reproducible bending contours with the lowest residual stresses are the result of the described flow-forming bending. The range of materials suitable for this process ranges from soft non-ferrous metals to high-strength steels. Rolled profiles in closed or open design, extruded extruded profiles or tubes in various cross-sectional geometries can be bent.
Mithilfe des neuartigen inkrementellen Biegeverfahrens lassen sich Profile aus hochfestem Stahl bis hin zu Aluminium prozesssicher umformen.Using the innovative incremental bending process, profiles from high-strength steel to aluminum can be reliably transformed.
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