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Verfahren und vorrichtung zum profilbiegen

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Publication number
EP2144720B1
EP2144720B1 EP20080734653 EP08734653A EP2144720B1 EP 2144720 B1 EP2144720 B1 EP 2144720B1 EP 20080734653 EP20080734653 EP 20080734653 EP 08734653 A EP08734653 A EP 08734653A EP 2144720 B1 EP2144720 B1 EP 2144720B1
Authority
EP
Grant status
Grant
Patent type
Prior art keywords
roller
system
longitudinal
characterised
axis
Prior art date
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Active
Application number
EP20080734653
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English (en)
French (fr)
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EP2144720A1 (de )
Inventor
Matthias Hermes
Matthias Kleiner
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Technische Universitat Dortmund
Technische Universitaet Dortmund
Original Assignee
Technische Universitat Dortmund
Technische Universitaet Dortmund
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D7/00Bending rods, profiles, or tubes
    • B21D7/08Bending rods, profiles, or tubes by passing between rollers or through a curved die

Description

  • [0001]
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das ebene und räumliche Biegen von stabförmigen, eine Längsachse aufweisenden Bauteilen, wie Rohre und Profile (2), mit zwei entlang der Längsachse hintereinander angeordneten Rollensystemen A und B, wobei das Bauteil von dem Rollensystem A angetrieben und in das Rollensystem B eingeführt wird und wobei durch eine Bewegung des Rollensystems B relativ zu dem Rollensystem A in Querrichtung zur Längsachse während das Bauteil durch die Rollensysteme transportiert wird, das stabförmige Bauteil gebogen wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • [0002]
    Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 197 17 232 A1 bekannt. Hierzu wird eine kardanisch gelagerte Biegekopfstation verwendet, die 4 kreuzförmig in Lagerschilden angeordnete Walzen/Rollen aufweist. Für den Vortrieb des zu biegenden Profils werden Stützrollen verwendet, die vor dem Biegeprozess eingestellt und in dieser Position festgestellt werden.
  • [0003]
    Ferner ist aus der DE 196 30 025 A1 eine Einrichtung zum Biegen von stabförmigen Bauteilen bekannt, bei der eine Biegerolle vor dem eigentlichen Biegeprozess in ihrer Position eingestellt und fixiert wird.
  • [0004]
    In der EP 1 087 278 A2 wird ein Steuerungsprogramm (NC-Programm) für eine Biegevorrichtung beschrieben, bei dem der Rückfederung beim Tordieren des zu verformenden Profils entgegen gewirkt werden soll. Hierzu wird ein Steuerungssignal aus der Differenz der theoretisch berechneten relativen Rotation (logical relative rotation) und der aktuellen relativen Rotation (actual relative rotation) gebildet. Das Profil wird dann soweit tordiert, bis die bleibende Torsion auch nach Rückfederung des Profils dem gewünschten Wert entspricht.
  • [0005]
    Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zu stellen, um beliebige stabförmige Bauteile zwei- oder dreidimensional ohne Rückfederung biegen zu können. Es sollen dabei neben im Querschnitt kreisförmigen Rohren auch beliebige Profilquerschnitte zwei- oder dreidimensional gebogen werden. Die Gesamtlänge der Rohre und Profile soll nicht durch den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschränkt werden.
  • [0006]
    Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 vorgeschlagen, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 15 dargestellt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2-14 und 16-21.
  • [0007]
    Für das Biegen von Rohren werden heutzutage hauptsächlich Dombiegemaschinen eingesetzt (Franz, W.-D.: Maschinelles Rohrbiegen. Verfahren und Maschinen. VDI-Verlag, ISBN 3-18-400814-2, 1988). Zum 3D-Biegen wird bei diesen Maschinen das zu biegende Rohr durch Verdrehen des Rohrquerschnitts gedreht und so in eine andere Biegeebene gebracht, in der dann weitergebogen wird. Durch diesen Wechsel der Biegeebenen entstehen entsprechende 3D-Konturen. Dabei sind aber nur feste, durch die Biegewerkzeuge vorgegebene Radien möglich. Ferner ist die Erzeugung von 3D-Biegungen in Profilen auf solchen Maschinen unmöglich, da sich bei Änderung der Biegeebene bei einem Profil, anders als bei Rohren mit kreisrundem Querschnitt, der erforderliche Werkzeugquerschnitt ändert.
  • [0008]
    Weiterhin sind sogenannte "Freiformer" bekannt, die ebenfalls nur bei Rohren zum Einsatz kommen und häufig als Sonderwerkzeuge in Dornbiegemaschinen eingebaut werden (Rasi Maschinenbau GmbH.: Alles unter Kontrolle beim Rohrbiegen. Blech Rohre Profile, 09. 2002., S. 40 ff). Das Prinzip dieser "Freiformer" ist das Rollenbiegen, wobei die Rohre zwischen mindestens 3 Rollen in einer Ebene geführt werden. Um die Biegeebene zu ändern, muss das Rohr zuerst zwischen den Rollen verdreht werden. Sehr hilfreich ist hier wiederum der kreisrunde Querschnitt von Rohren. Es ist mit diesem Prinzip nicht möglich, nicht-kreisförmige Profile räumlich zu biegen, da sich diese in den Biegerollen verklemmen.
  • [0009]
    Weiter sind in den letzten Jahren Freiformbiegemaschinen bekannt geworden, die mit Gleitführungen arbeiten (Neugebauer R.; Blau P.; Drossel W-G.: 3D-Freiformbiegen von Profilen. ZWG, 2001, 11-12.). Das Rohr oder Profil wird dabei durch entsprechende, relative zuelnander verselzie Führungshülsen geschoben, die dabel das Profil krümmen. Hier ist von Nachteil, dass ein zusätzlicher starker Pusher erforderlich ist, und dass die auftretenden großen Reibungskräfte die Oberfläche des Rohrs oder Profils beschädigen können. Daher werden bei diesen Maschinen in der Regel Schmierstoffe eingesetzt, welche nach der Bearbeitung aufwendig von den Werkstücken entfernt werden müssen. Nachteilig ist hier zudem, dass für jeden Profiltyp jeweils passende Hülsen angefertigt werden müssen, die, bedingt durch die hohen Flächenpressungen, aus teuren keramischen Werkstoffen bestehen. Bei diesen Freiformbiegemaschinen ist die Raumrichtung, in der das Profil aus der Maschine tritt, immer von der Kontur des Biegeteils abhängig. Daher ist dort eine aufwendige, mehrachsige Kinematik der Führungshülsen notwendig, um die Raumkurve des Biegeteiles exakt abzubilden, was eine solche Freiformbiegemaschine sehr komplex und teuer werden lässt. Ferner ist für den Fall, dass eine Vermessung des Profils am Austritt der Maschine während des Prozesses erwünscht ist (z.B. für Regelungszwecke), eine komplizierte Sensorik notwendig, die in der Lage ist, 3D-Koordinaten aufzunehmen.
  • [0010]
    Bei allen Systemen, die heute verwendet werden, kommt ein relativ aufwendiger Pusher zum Einsatz, der das Profil über die Längsachse formschlüssig schiebt. Dabei muss das Profil relativ aufwendig geführt werden, um ein Ausknicken des Profils durch die Längskraft zu vermeiden. Ferner ist dies von Nachteil, weil durch einen Pusher die Gesamtlänge der verarbeitbaren Rohre und Profile begrenzt wird.
  • [0011]
    Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, womit beliebige, stabförmige Bauteile zwei- oder dreidimensional gebogen werden können. Insbesondere können damit neben kreisförmigen Rohren auch beliebige Profile zwei- oder dreidimensional gebogen werden, wobei die Gesamtlänge der Rohre oder Profile nicht durch den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschränkt wird.
  • [0012]
    Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 15 in Zusammenwirken mit den Merkmalen des Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • [0013]
    Die Erfindung gemäß Anspruch 1 betrifft ein Verfahren zum Biegen von stabförmigen, eine Längsachse aufweisenden Bauteilen wie z.B. Rohre oder Profile, bei welcher der Vortrieb des Rohres oder Profils durch die Maschine über ein erstes Rollensystem A, die Transportrollen, reibschlüssig erfolgt. Am Ausgang der Maschine ist ein zweites Rollensystem B, die Biegerollen, angeordnet. Durch die Verwendung des Rollensystems A als Antrieb werden Verkantungen oder Verspannungen eines Bauteils zwischen einem Pusher und Biegehülsen, wie sie bei bekannten Vorrichtungen auftreten, vermieden. Durch den längsachsenparallelen. Vorschub im Rollensystem A wird eine Umformzone diskret zwischen den Rollensystemen A und B fixiert. Wechselwirkungen mit über das gesamte Bauteil aufgebrachten Spannungen und damit verbundene Schwankungen der Umformung können im erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr auftreten.
  • [0014]
    Die Rollen des Rollensystems A können in einer Ebene angeordnet sein, oder sie können rund um den Rohr- oder Profilquerschnitts verteilt angeordnet sein, wobei sie diesen teilweise oder vollständig umschließen. Die Krafteinleitung erfolgt über mehrere, neben- und/oder hintereinander am Bauteil aufliegende Rollen. Durch gleichmäßig über die Rollen aufgebrachte Andruckkraft wird eine mindestens teilumschließende, längsachsenparallele Halterung erzielt, bei der die Andruckkraft sicher unterhalb des plastischen Bereichs gehalten wird.
  • [0015]
    Dabei ist es weiterhin möglich, mit den Rollen auf das Rohr oder Profil eine im Wesentlichen senkrecht zur Rohr- oder Profillängsachse wirkende Kraft auszuüben, um den reibschlüssigen Vortrieb zu verbessern. Die Rollen können profiliert sein und/oder eine Beschichtung aufweisen, welche die Reibungskontakte optimiert. Durch Rollen-Profilierungen, die elastisch auf die Bauteiloberfläche aufgepresst werden, wird die Haltekraft des Rollensystems A vorteilhaft erhöht. Durch elastische Beschichtungen wird die Andruckkraft gleichmäßiger verteilt und eine plastische Deformation des Bauteils im Rollensystem A bei überlagerten Scherkräften bevorzugt sicher vermieden. Eine solche Beschichtung kann aus einem Polymer bestehen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht sie aus einer aufvulkanisierten Schicht eines Elasiomers. Mit einem Rollensystem A mit kontrolliert einstellbarer Andruckkraft können vorteilhaft Bauteile von unterschiedlicher Wandstärke oder aus verschiedenen Materialien unterschiedlicher Elastizität mit abschnitts- und bauteilabhängig eingestellter Haltekraft dem Rollensystem B zugeführt werden. Eine plastische Deformation im Rollensystem A wird so sicher vermieden und die Umformung im Bereich der Umformzone erzielt stets das gleiche Ergebnis.
  • [0016]
    Durch konstanten Vortrieb über das Rollensystem A können gebogene Bauteile mit konstanter Produktionsgeschwindigkeit bereitgestellt werden. Diese Fertigung kann besonders vorteilhaft in getaktete, kontinuierliche Fertigungsabläufe integriert werden. Durch das Rollenantriebssystem können Bauteile beliebiger Länge mit konstanter Geschwindigkeit vorgelegt werden.
  • [0017]
    Am Ausgang der Maschine ist das zweite Rollensystem B, die Biegerollen, angeordnet. Das Rollensystem B besteht aus paarweise um den Rohr- oder Profilumfang angeordneten Rollen. Das gesamte Rollensystem B ist auf einem unabhängigen Trägersystem angeordnet und relativ zu dem Rollensystem A in mindestens einer ersten Ebene beweglich. Die Biegung des Rohrs oder Profils erfolgt durch eine Änderung der relativen Stellung der Rollensysteme A und B zueinander, während das Rohr- oder Profil durch die Rollensysteme transportiert wird.
  • [0018]
    Mit gegenüberliegend angeordneten Rollenflächen im System B wird eine Querkraft bevorzugt gleichmäßig über den Bauteilquerschnitt verteilt aufgebracht. Durch kleinflächige, im Idealfall punkt- oder querlinienförmige Auflage der Rollen auf der Bauteiloberfläche, ist eine tangentiale Auflage des Rollensystems B auf dem Bauteil gewährleistet. Rollen mit größerer Auflagefläche werden während des Biegens in tangentialer Ausrichtung der Auflagefläche zur Bauteiloberfläche nachgeführt. Ein Verkanten des Bauteils zwischen den Rollensystemen A und B wird so sicher vermieden.
  • [0019]
    Dabei ermöglicht bereits eine Beweglichkeit des Rollensystems B in einer Achse das Biegen von 2D-Konturen. Dabei sind z.B. S-förmige ebene Konturen durch ein entsprechendes Positionieren des Rollensystems B zum festen Rollensystem A möglich.
  • [0020]
    In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die das stabförmige Bauteil umschließenden Rollensysteme Einstellmechanismen auf. Dadurch ist das Bearbeiten von Rohren und Profilen mit unterschiedlichem Querschnitt möglich. So können die Rollensysteme z.B. durch jeweils in Ihrem Abstand zur Längsachse einstellbare Rollen an Bauteile mit asymmetrisch profilierten Abschnitten, die abweichende Querschnitte aufweisen, angepasst werden. Solche strukturierten Abschnitte können abschnittsweise unter Anpassung der Rollensysteme an den geänderten Bauteilquerschnitt direkt, ohne langwieriges Austauschen von Rollen, gebogen werden. Ferner kann damit der Anpressdruck der Rollen eingestellt werden, um einen reibschlüssigen Transport im Rollensystem A zu gewährleisten. Die Rollen des Rollensystems B werden dabei bevorzugt auf einen niedrigen Reibungskoeffizienten eingestellt, der das Gleiten des Bauteils entlang der bevorzugt tangential geführten Auflageflächen der Rollen zusätzlich begünstigt.
  • [0021]
    In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform sind die Rollen des Rollensystems B gleichfalls antreibbar. Der Antrieb des Bauteils erfolgt in einem Winkel α zur Längsachse des stabförmigen Bauteils. Über reibschlüssigen Kontakt in den Rollenauflageflächen kann durch erhöhten oder verringerten Vortrieb des Rollensystems B im Bereich der Umformzone zwischen den Rollensystemen eine zusätzliche Zug- oder Druckspannung überlagert werden.
  • [0022]
    Durch zusätzlich überlagerte Spannungen können Rückfederung und elastische Verformung bereits während des Biegens kompensiert werden. Die angestrebte Umformung kann so in nur einem Umformungsprozess ohne zeitaufwendige Nachbearbeitung erhalten werden. Insbesondere profilierte Bauteile können so formentreu unter Erhalt ihres Bauteilquerschnitts ohne Einknickungen gebogen werden.
  • [0023]
    In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform ist das Rollensystem B in einer weiteren Ebene, welche rechtwinklig zur ersten Ebene E1 ausgerichtet ist, um einen Drehwinkel β verdrehbar. Der Drehwinkel β wird bei dem Verfahren des Rollensystems so variiert, dass die Auflageflächen der Rollen tangential zur Bauteiloberfläche geführt werden. Durch die zusätzliche Verdrehung kann der Umformzone eine Torsionsspannung zur vorbeschriebenen Kompensation überlagert werden.
  • [0024]
    In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform ist das Rollensystem B in einer weiteren Ebene, welche rechtwinklig zur ersten Ebene ausgerichtet ist, um einen Drehwinkel β verdrehbar. Der Drehwinkel β wird bei dem Verfahren des Rollensystems so variiert, dass die Auflageflächen der Rollen tangential zur Bauteiloberfläche geführt werden. Durch die zusätzliche Verdrehung kann der Umformzone eine Torsionsspannung zur vorbeschriebenen Kompensation überlagert werden.
  • [0025]
    Die Rollensysteme A und B sind jeweils um die Profillängsachse durch entsprechende Drehmechaniken drehbar. Dadurch kann während des Biegeprozesses die Biegeebene um die Profillängsachse verdreht werden, wodurch eine dritte Ebene beeinflusst werden kann und 3D-gekrümmte Bauteile erzeugt werden können. Bei ausreichender Drehbarkeit der Rollensysteme können somit alle möglichen Raumkurven erzeugt werden. Das heißt, in dieser Ausführung werden durch den Einsatz von nur zwei angetriebenen Achsen bereits Biegungen in allen drei Raumrichtungen möglich. Die erste Achse verfährt das Rollensystem am Ausgang der Maschinen und erzeugt somit die Biegung des Profils. Die zweite Achse ermöglicht durch die Verdrehung der Rollensysteme A und B den Wechsel der Biegeebenen und somit die Biegung von 3D-Konturen. Dies ist im Vergleich zu den Freiformem im Stand der Technik von Vorteil, welche mit vielen synchronisiert zu verfahrenden Achsen erheblich aufwendiger sind. Durch Verdrehung der Rollensysteme gegeneinander kann während des Umformens eine zusätzliche Torsionsspannung zur vorbeschriebenen Kompensation überlagert werden.
  • [0026]
    Vorteilhaft bei dieser Vorrichtung ist, dass im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Freiformbiegemaschinen das Profil bezüglich der Maschine immer nur in einer Ebene aus dem Rollensystem kommt. Für eine Vermessung des Profils während des Prozesses sind daher relativ einfache Systeme, welche nur 2D-Koordinaten aufzeichnen, ausreichend. Falls die Lage des letzten Rollenpaares aufgenommen wird, in dem sichergestellt wird, dass das Profil tangential aus dem System läuft, ist sogar nur eine 1 D-Vermessung des austretenden Profils ausreichend, um die gesamte Kontur zu erfassen.
  • [0027]
    Die ermittelten Daten werden in die Steuerungseinheit der Maschine zurückgeführt und erlauben so einen geregelten Prozess, der die Schwankungen im Biegeverhalten der Halbzeuge im Hinblick auf eine genauere Kontur ausregelt. Dabei ist es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, wenn charakteristische Beziehungen zwischen den Einstellwerten der Maschinenachsen und dem Biegeergebnis in einer Datenbank abgelegt und vom Steuerprogramm beim Betrieb berücksichtigt werden. In der Dissertation von S. Chatti "Optimierung der Fertigungsgenauigkeit beim Profilbiegen", Dr. Ing. Dissertation Universität Dortmund, Shaker Verlag Aachen 1998 sind die entsprechenden Grundlagen für die Beziehungen zwischen den Einstellwerten der Maschinenachsen zur Regelung von Profilbiegeprozessen dargestellt.
  • [0028]
    Bei der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung wird in die Biegezone zwischen dem Rollensystem A und dem Rollensystem B ein Torsionsmoment eingebracht. Dadurch ist es z.B. möglich, durch eine Torsionsspannungsüberlagerung die Biegekräfte zu reduzieren oder bei unsymmetrischen Profilquerschnitten der ungewollten Torsion entgegenzuwirken. So kann insbesondere bei profilierten Bauteilen eine formentreue Umformung erreicht werden. Hierzu wird die Drehachse der Maschine um die Profillängsachse in unterschiedlichen Winkeln im Auslaufrollensystem und in den anderen Rollensystemen eingestellt. Dies kann, wie bei allen beweglichen Achsen der Maschine, durch eine manuelle oder eine NC-Steuerung der Antriebsachsen erfolgen, welche elektrischer oder hydraulischer Art sein kann.
  • [0029]
    In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird am hinteren Teil der Vorrichtung, an der das Profil als Halbzeug in den Prozess eingeführt wird, ein Dornsystem montiert, welches einen Dorn, z.B. in einer gliederdomartigen Ausführung, in der Umformzone des Prozesses hält und so das Auftreten von Querschnittsdeformationen, die z. B. bei Hohlprofilen auftreten können, vermindert.
  • [0030]
    Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • [0031]
    Es zeigen:
    Figur 1:
    Gesamtansicht der Vorrichtung mit einer Vergrößerung des Rollensystems B mit einem eingespannten Profil während der Biegung in einer Ebene
    Figur 2:
    Längsschnitt der Biegevorrichtung mit der Abgrenzung der Baugruppen der beiden Rollensysteme A und B
    Figur 3:
    Vorderansicht der Vorrichtung bei einer Biegung in einer Ebene.
    Figur 4:
    Draufsicht der Vorrichtung bei einer Biegung in einer Ebene.
    Figur 5:
    Gesamtdarstellung der Biegevorrichtung bei Biegeebenenwechsel durch Verdrehen der Rollensysteme A und B bei gleichzeitigem Wechsel der Biegerichtung.
    Figur 6:
    Vorderansicht des Biegeebenenwechsels und Richtungswechsels.
    Figur 7:
    Draufsicht auf eine Vorrichtung mit taktilem Kontursensor.
    Figur 8:
    Prinzipieller Aufbau zur Regelung eines Biegeprozesses
    Figur 9:
    Erfindungsgemäße Biegevorrichtung mit einer Schneidwerkzeugerweiterung für fliegendes Abtrennen
  • [0032]
    In Fig. 1 sieht man eine beispielhafte Ausgestaltung der Erfindung. Dort sind zum axialen Antrieb des Profils 2 drei profilierte Rollenpaare 1 hintereinander angeordnet worden. Diese Rollenpaare sind auf einem Gehäuse 4 angeordnet, in welches der entsprechende Antrieb aller Rollen und ein Mechanismus zur Justierung und Anpressung der Rollenpaare integriert sind. An dem Gehäuse 4 sind der Ring 5 und der Wellenstutzen 6 angebracht, welche in den Lagergehäusen 7 und 8 eine Drehung des kompletten Gehäuses ermöglichen. Diese Drehbewegung wird in dieser Ausgestaltung durch einen Hydraulikzylinder 9, der in diesem Fall eine Verdrehung von insgesamt 90 Grad zulässt; denkbar ist hier aber auch ein Drehantrieb (elektrischer oder hydraulischer Art), der volle 360 Grad ermöglichen würde. Durch diese Drehbewegung und das voll umschlossene Profil kann das Profil während des Biegeprozesses um die Längsachse verdreht werden.
  • [0033]
    Das Rollensystem 3, welches sich am Auslauf der Maschine befindet, ist matrizenartig ausgeführt und umschließt den Profilquerschnitt von vier Seiten mittels Biegerollen 3a, b, c, d. Dabei kann es zusätzlich bei Wechsel des Profiltyps radial auf den entsprechenden Profilquerschnitt eingestellt werden. Dieses System ist in dieser Ausgestaltung ebenfalls in der Lage, die Drehung um die Längsachse des zu biegenden Profils mit auszuführen, und ist ebenfalls angetrieben. Dies ermöglicht in dieser Ausgestaltung zusätzlich zum Wechsel der Biegeebene das Einbringen eines Torsionsmomentes in den Prozess mit den oben genannten Vorteilen. Eine zusätzliche Drehachse senkrecht zu der Profillängsachse ist erforderlich, um die Tangentialität der Rollenanordnung bei wechselnden Biegeradien zu gewährleisten. Die Ausbildung der Biegeradien wird durch das Verfahren des Schlittens 10 auf der Linearachse 11 erzielt, welcher durch seine relative Position den Biegeradius erzeugt.
  • [0034]
    In Fig. 2 sieht man eine Schnittzeichnung der beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung. Die Baugruppe mit den Transportrollen 1 wird dort mit A bezeichnet, die gesamte Baugruppe mit den Biegerollen 3a, 3b, 3c, 3d mit B.
  • [0035]
    In Fig. 3 ist eine Vorderansicht der Vorrichtung, in der auch der Schnittverlauf von Fig. 2 eingezeichnet ist, mit den Biegerollen 3a, 3b, 3c, 3d dargestellt. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht des Systems, in der die Maschineneinstellung der Biegerollenbaugruppe zum Biegen einer Linksbiegung mit dem Radius R1 und dem Winkel α eingezeichnet ist.
  • [0036]
    In Fig. 5, 6 und 7 ist ein Wechsel der Biegeebene verdeutlicht. Durch die Verdrehung der Rollensysteme A und B bzw. der Biegerollen 3a, 3b, 3c, 3d und des Ringes 5 für die Rollenpaare 1 wird ein neuer Radius R2 in einer neuen Biegerichtung und Biegebene in dem dadurch ebenfalls um die Längsachse verdrehten Profil 2 gebogen. In Fig. 7 ist ferner am Ausgang der Rolle beispielhaft ein taktiler Kontursensor 12 angebracht, der mit einer Rolle die Biegungen mitverfolgt und das Profil während des Prozesses vermisst. Dadurch ist eine Korrektur der Einstellparameter der Maschinenachsen möglich, um zu der geforderten Biegekontur zu gelangen.
  • [0037]
    In Erweiterung und Ergänzung der Aufgabe, beliebig, stabförmige Bauteile zwei - oder drei dimensional zu biegen können auch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren profilspezifische Werkstoffeigenschaften ermittelt und die daraus gewonnenen Daten für eine genaue Prozesssimulation und eine verbesserte Prozessplanung eingesetzt werden. Dieses erfolgt vorteilhafter Weise dadurch, dass in den Rollenpaaren A und/oder B Sensoren für die Messung der beim Biegen und Verdrehen des Profils auftretenden Kräfte und Momente angeordnet sind. Daraus und gegebenenfalls in Verbindung mit den durch den vorher erwähnten Kontursensor ermittelten Daten können anhand üblicher Programme die für eine Prozesssimulation oder verbesserte Prozessplanung erforderlichen profilspezifischen Werkstoffdaten ermittelt werden. Als Beispiel für die Prozesssimulation mit üblichen Programmen ist auf folgende Veröffentlichung hinzuweisen: Dirksen, U.; Chatti, S.; Kleiner, M.: Closed-loop Control System for the Three-roll-bending Process Based on Methods of Computational Intelligence. In Proceedings of the 8th International Conference on Technology of Plasticity, 2005
  • [0038]
    Zur Verdeutlichung des Aufbaus eines Sensoriksystems ist in Fig. 8 ein Prozessplanungswerkzeug schematisch als Blockschaltbild dargestellt. Nachdem das Profil 2 das Rollensystem 3 verlässt, wird seine Biegekontur über den Kontursensor 12 erfasst und dabei der Biegeradius Rb über Leitung 12a in einen Prozessrechner 13 eingegeben. Ferner wird der am Schlitten (10) angeordnete Biegemoment-Geber 14 zur Bestimmung des Biegemomentes Mb mit dem Prozessrechner 13 verbunden. Zusammen mit dem aus einem Torsionsmoment-Geber 15 erhaltenen Torsionsmoment Mt werden im Prozessrechner 13 die Prozessdaten für eine genaue Prozesssimulation 13a und eine verbesserte Prozessplanung genutzt. Man kann daher die gesamte Vorrichtung als Prozessplanungswerkeug bezeichnen, mit dessen Hilfe zwei- oder dreidimensionale Biegungen prozess-technisch optimiert werden können.
  • [0039]
    Eine zusätzliche Erweiterung und Verbesserung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die Verwendung eines speziellen Schneidwerkzeuges für fliegendes Abtrennen ermöglicht. Diese ergänzende Vorrichtung ist insbesondere für Anwendungen sinnvoll, bei denen sehr lange Halbzeuge (im Beispiel Profil 2) verwendet bzw. von Coil gefertigte Profile verarbeitet werden.
  • [0040]
    Figur 9 zeigt ein derartiges Schneidwerkzeug für fliegendes Abtrennen, das am Ende der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich der Biegerollen 3a, b, c, d des Rollensystems 3 installiert ist. Somit kann nach der Fertigung eines Biegeteiles bzw. des gebogenen Profilsystems 2 der Strang bzw. eine bestimmte Profillänge abgetrennt und damit ein in allen Dimensionen konturgerecht geformtes Biegeteil zur Verfügung gestellt werden.
  • [0041]
    Selbstverständlich ist das in Figur 9 dargestellte Schneidwerkzeug für fliegendes Abtrennen als eine beispielhaftgebende Lösung anzusehen. Die Bewegung des ausfahrbaren Schneidmessers 16 wird über einen Schneidhydraulikzylinder 17 eingeleitet. Das Schneidwerkzeug kann jedoch nicht nur in Form eines Scherschnittes realisiert werden, sondern auch in Form eines Schnittwerkzeuges mit drehender Werkzeugbewegung, mit Wirkung von mehreren Seiten oder durch einen spanenden oder thermischen Schneidprozess erfolgen. Vorteilhaft ist, dass die Ausrichtung des Schnittwerkzeuges immer tangential zur Profilkontur mitgeführt wird. Auch ist die feste Installation am Ende der Biegevorrichtung sinnvoll, da diese ohne aufwendige mitführende Vorrichtungen ein fliegendes Abschneiden während des Prozesses ermöglicht.
  • Bezugszeichenliste
  • [0042]
    1
    Rollenpaar
    2
    Profilsystem
    3
    Rollensystem 3a, 3b, 3c, 3d Biegerollen
    4
    Gehäuse
    5
    Ring
    6
    Wellenstutzen
    7
    Lagergehäuse
    8
    Lagergehäuse
    9
    Hydraulikzylinder
    10
    Schlitten
    11
    Linearachse
    12
    Kontursensor
    13
    Prozessrechner
    14
    Biegemomentgeber
    15
    Torsionsmomentgeber
    16
    Schnittmesser
    17
    Schneidzylinder

Claims (21)

  1. Verfahren für das ebene und räumliche Biegen von stabförmigen, eine Längsachse aufweisenden Bauteilen, wie Rohre und Profile (2), mit zwei entlang der Längsachse hintereinander angeordneten Rollensystemen A und B, wobei das Bauteil von dem Rollensystem A angetrieben und in das Rollensystem B eingeführt wird, wobei durch eine Bewegung des Rollensystems B relativ zu dem Rollensystem A in Querrichtung zur Längsachse während das Bauteil durch die Rollensysteme transportiert wird, das stabförmige Bauteil gebogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass den Biegezonen der Rollensysteme A und B zur Kompensation der Rückfederung kontrolliert Torsionsmomente überlagert werden, und dass auf die Bauteile während des Biegens zusätzlich zur Biegespannung eine kontrollierte Torsionsspannung überlagert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollensystem A aus paarweise gegenüberliegenden, getrennt in Bezug auf den Abstand zur Längsachse einstellbaren und antreibbaren Rollen (1) besteht und die Rollen (1) des Rollensystems A das Bauteil in mindestens einer Querschnittsebene teilweise oder voll umschließen, wobei während des kontinuierlichen Vorschubs die Bauteile über das Rollensystem A um die Längsachse in einer ersten Ebene E1 verdreht werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil über das Rollensystem B mit gegenüberliegend aufliegenden Rollenandrückflächen geführt wird, wobei durch Querverschiebung des Rollensystems B in Bezug auf die Längsachse und gleichzeitige Verdrehung um eine senkrecht zur Längsachse stehende Mittelachse des Rollensystems B eine Biegung der Bauteile mit kontrollierter Biegekontur erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenandrückflächen des Rollensystems B bei wechselnden Biegeradien jeweils tangential zur Bauteiloberfläche eingestellt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (1, 3a - 3d) der Rollensysteme A und B senkrecht zur Längsachse der Bauteile anpressbar sind, wobei die Anpresskraft so eingestellt wird, dass ein reibschlüssiger Kontakt definiert eingestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollensystem B drehbar in Bezug auf die Bauteillängsachse ausgebildet ist und gleichzeitig in Bezug auf das Rollensystem A in zwei weiteren Raumachsen relativ verschoben wird, wobei das Bauteil senkrecht zu der durch das Rollensystem B definierten Ebene mit konstanter Geschwindigkeit herausgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollensystem A einen Vortrieb in Längsrichtung und Rollensystem B einen Antrieb des Bauteils in einem Winkel α zur Längsachse der stabförmigen Bauteile ermöglicht.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des kontinuierlichen Vorschubs das Rollensystem B in mindestens einer weiteren Ebene, die rechtwinklig zur ersten Ebene ausgerichtet ist, verdreht wird, wobei ein Drehwinkel β während des Biegeprozesses durch Verfahren des Rollensystems B so variiert wird, dass die Rollen (3a - 3d) tangential zur Bauteiloberfläche angepresst werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel der Biegeebenen durch eine Querverschiebung und gleichzeitige Verdrehung der Rollensysteme A und B zueinander um die jeweilige Längsachse erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur eines gebogenen Bauteils durch mindestens einen Sensor aufgenommen wird, in Daten umgewandelt wird und die Daten an eine Steuereinheit mit Korrekturprogramm für die Maschineneinstellung geleitet werden, und dass vorzugsweise über einen Kontursensor (12) die Biegung des Bauteils am Ausgang des Rollensystems B abgetastet und bei einer Abweichung von der Sollkontur die Einstellparameter α, β und die Querverschiebung der Rollenpaare A, B so verändert werden, dass eine Kompensation der über den Kontursensor gemessenen Abweichung eintritt.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rollenpaaren A und/oder B die während der Biegung auftretenden Kräfte und Momente selbständig gemessen und daraus profilspezifische Werkstoffeigenschaften ermittelt werden, die für eine genaue Prozesssimulation und eine verbesserte Prozessplanung eingesetzt werden, und dass vorzugsweise die aus dem Kontursensor (12) erhaltenen Daten gespeichert und gemeinsam mit den an den Rollenpaaren A und/oder B gemessenen Kräften und Momenten zur Prozesssimulation und Prozessplanung verarbeitet werden.
  12. Verfahren für das ebene und räumliche Biegen von stabförmigen, eine Längsachse aufweisende Bauteilen, wie Rohre und Profile (2), mit zwei entlang der Längsachse hintereinander angeordneten Rollensystemen A und B nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rollensystem A einen Vortrieb in Längsrichtung aufbringt und Rollensystem B eine Bewegung in Querrichtung zur Längsachse der stabförmigen Bauteile ausführt,
    dass während des kontinuierlichen Vorschubs der Bauteile entlang der Längsachse über das Rollensystem A ein Biegen in einer ersten Ebene durch relative Positionierung der Rollensysteme A und B zueinander in der ersten Ebene eingestellt wird und
    dass ein Biegen oder Tordieren in mindestens einer weiteren Ebene durch Verdrehen der Rollensysteme A und B relativ zueinander und um die jeweilige Position der Längs- oder Querachse im Bauteil eingestellt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile im Rollensystem A reibschlüssig von den Rollen angetrieben und geführt werden, und dass die Bauteile im Rollensystem B über gegenüberliegend angeordnete Rollenauflageflächen angetrieben werden.
  14. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile während des Biegens abschnittsweise einer kontrollierten Zug- oder Druckspannung unterworfen werden.
  15. Vorrichtung für das ebene und räumliche Biegen von stabförmigen, eine Längsachse aufweisenden Bauteilen wie Rohre und Profile (2) mit zwei Rollensystemen A und B, wobei der Vorschub entlang der Längsachse über das Rollensystem A aufbringbar ist und wobei die Rollensysteme A, B in mindestens einer ersten Ebene E 1 relativ zueinander verfahrbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollensysteme A und B jeweils um die Profillängsachse drehbar sind und dass die relative Stellung der Rollensysteme A und B zueinander für die Biegung des Bauteils, während das Bauteil durch die Rollensysteme transportiert wird, veränderbar ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen des Rollensystems B gleichfalls antreibbar sind, wobei über einen reibschlüssigen Kontakt in den Rollenauflageflächen und durch erhöhten oder verringerten Vortrieb des Rollensystems B im Bereich der Umformzone zwischen den Rollensystemen eine zusätzliche Zug- oder Druckspannung überlagert wird.
  17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rollensystemen A und/oder B Sensoren für die beim Biegen und Verdrehen des Profils auftretenden Kräfte und Momente angeordnet sind und wahlweise zusätzlich am Ausgang des Rollensystems B ein Kontursensor (12) für die Abtastung der Biegung des Bauteils angeordnet ist, wobei dabei zur Ermittlung der profilspezifischen Werkstoffeigenschaften und zur genauen Prozesssimulation und verbesserten Prozessplanung alle Sensoren über einen Prozessrechner (13) miteinander verbunden sein können.
  18. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollensysteme unabhängig voneinander auf mehreren Achsen im Raum oder auf mindestens einer Ebene beweglich sind und dass wahlweise die Drehwinkel der Antriebsachsen der Rollensysteme A und B einzeln einstellbar sind, wobei vorzugsweise Antriebsachsen manuell oder NC-gesteuert auf elektrische oder hydraulische Art einstellbar sind.
  19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Führungsweg des stabförmigen Bauteils direkt hinter der letzten Rollenanordnung in einer raumfesten Ebene ausgerichtet endet.
  20. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenvorrichtungen einen Mechanismus aufweisen, mit dem die Rollenposition auf wechselnde Bauteilquerschnitte einstellbar ist, und dass vorzugsweise einzelne oder alle Rollen profiliert sind und dass insbesondere einzelne oder alle Rollen eine reibungsoptimierte Beschichtung aufweisen.
  21. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung am hinteren Teil ein Dornsystem zur Verminderung von Querschnittsdeformationen aufweist, und dass einzelneoder alle Rollen eine reibungsoptimierte Beschichtung aufweisen, welche auseinem Polymer, vorzugsweise aus einem Elastomer, bestehen kann.
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