EP2225055B1

EP2225055B1 - Vorrichtung und verfahren zum kaltwalzprofilieren von profilen mit veränderlicher höhe

Info

Publication number: EP2225055B1
Application number: EP08860452A
Authority: EP
Inventors: Stefan Freitag; Albert Sedlmaier; André ABEE
Original assignee: Data M Sheet Metal Solutions GmbH
Current assignee: Data M Sheet Metal Solutions GmbH
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2028-12-10
Also published as: CA2708789A1; KR20100100926A; AU2008335879A1; MX2010006386A; BRPI0822062A2; AU2008335879B2; WO2009074299A1; US9174258B2; EP2225055A1; US20110088444A1; DE102007059439B3

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kaltwalzprofilieren von Profilen mit veränderlicher Höhe und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9.

Stand der Technik

In der Industrie, insbesondere in der Automobilindustrie werden vielfach V- oder U-Profile eingesetzt, beispielsweise zur Aussteifung der Karosserie, als Träger oder Achsen. Diese Profile weisen oft eine nicht konstante Höhe bzw. Tiefe auf und sie müssen natürlich nicht symmetrisch sein. Beispiele von Profilen mit veränderlichen Höhen bzw. Tiefen sind in den Figuren 1A bis 4C dargestellt, worin die Figuren 1A bis 1C verschiedene Ansichten eines U-Profils mit Absenkung 1 zeigen, die Figuren 2A bis 2C verschiedene Ansichten eines U-Profils mit Anhebung 2 zeigen, die Figuren 3A bis 3C verschiedene Ansichten eines U-Profils mit Absenkung und Anhebung und mit konstanter Schenkelhöhe zeigen, und die Figuren 4A bis 4C verschiedene Ansichten eines V-Profils mit Absenkung 1 zeigen. Wie aus der stirnseitigen Ansicht der Figuren 1C, 2C und 3C ersichtlich, aus denen der Verlauf der veränderlichen Höhe zwischen den Linien 3 und 4 ersichtlich ist, weisen die darin abgebildeten U-Profile eine konstante Breite auf. Das V-Profil der Fig. 4C hat eine veränderliche Höhe und eine veränderliche Breite 33.
Herkömmlicherweise werden Profile der vorstehend geschilderten Art mit Pressen hergestellt, so dass jede Änderung der Länge bzw. Form des Profils eine kostspielige Anpassung der Presse mit sich bringt.
Darüber hinaus sind "unechte" Profile mit veränderlicher Höhe bekannt, worin das Profil flexibel in der Breite profiliert wird, so dass zuerst die seitlichen kleinen Elemente 5 geformt werden und dann die langen Schenkel 6 hoch gebogen, wie in den Figuren 10A und 10B veranschaulicht. Mit dieser Vorgehensweise ist es jedoch nur möglich, einen sehr geringen Bereich an Profilen mit veränderlichen Höhen abzudecken.
Aus der DE 100 11 755 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bildung eines Profils mittels Kaltwalzprofilierung bekannt, womit Profile mit über die Länge veränderlichen Querschnitten herstellbar sind, indem die Verstellgerüste während des Profilierens nicht nur quer zur Profillängsrichtung verfahren werden, sondern auch die Rollenwerkzeuge jedes Verstellgerüstes über die gesamte Profillänge tangential an dem angestrebten Biegekantenverlauf eines Profils positioniert werden. Dazu wird dem Verstellgerüst zusätzlich zu der Verstellmöglichkeit quer zur Profillängsrichtung eine Drehbewegung um eine zur Blechbandzuführebene vertikale Achse ermöglicht. In der Praxis ist diese Vorrichtung aber nur zur Bildung von Profilen mit veränderlicher Breite geeignet, da für Profile mit veränderlicher Höhe gleichzeitige Bewegungen in fünf Freiheitsgraden zu vollführen wären. Dazu müsste für jeden dieser Freiheitsgrade ein motorischer Antrieb vorgesehen werden, und jeder einzelne dieser Antriebe müsste kräftiger ausgelegt werden als der maximale zu überwindende Verformungswiderstand. Außerdem müsste der Bewegungsspielraum in jedem einzelnen Freiheitsgrad hoch sein, insbesondere bei Profilen mit größerer Höhenveränderlichkeit, und die Steuerung wäre sehr kompliziert. Dementsprechend wird die Bildung von Profilen mit veränderlicher Höhe in dieser Druckschrift gar nicht in Betracht gezogen. Dies gilt auch für eine ähnliche Vorrichtung, die aus der DE 10 2004 040 257 A1 bekannt ist.
Aus der US 5 722 278 A und aus der WO 2007/008152 A1 sind jeweils eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bildung eines Profils mit veränderlicher Höhe mittels Kaltwalzprofilierung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 9 bekannt, mit denen die vorgenannten Probleme zum Teil gelöst werden.

Offenbarung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung bzw. eines Verfahrens, mit der bzw. dem kostengünstig Profile hergestellt werden können, die über die Länge betrachtet einen Querschnitt mit veränderlicher Höhe aufweisen, wobei der Bewegungsspielraum in jedem einzelnen Freiheitsgrad besonders klein sein kann und die Steuerung besonders einfach sein kann. Dabei soll ein relativ großer Bereich an Profilen mit veränderlichen Höhen abgedeckt werden.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung und dem entsprechenden Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Profile konstanter Breite und/oder auf V-oder U-Profile, zumal diese vorteilhaft in Verbindung mit verschiedenen symmetrischen und asymmetrischen Profilen konstanter und variabler Breite einsetzbar sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig. 1A eine perspektivische Ansicht eines U-Profils mit veränderlicher Höhe mit einer Absenkung, das in Übereinstimmung mit der Vorrichtung bzw. dem Verfahren der vorliegenden Erfindung herstellbar ist;
Fig. 1B eine seitliche Ansicht entlang der Längsseite des U-Profils der Fig. 1A;
Fig. 1C eine stirnseitige Ansicht des U-Profils der Fig. 1A;
Fig. 2A eine perspektivische Ansicht eines U-Profils mit veränderlicher Höhe mit einer Anhebung, das in Übereinstimmung mit der Vorrichtung bzw. dem Verfahren der vorliegenden Erfindung herstellbar ist;
Fig. 2B eine seitliche Ansicht entlang der Längsseite des U-Profils der Fig. 2A;
Fig. 2C eine stirnseitige Ansicht des U-Profils der Fig. 2A;
Fig. 3A eine perspektivische Ansicht eines U-Profils mit veränderlicher Höhe mit einer Absenkung und Anhebung, das in Übereinstimmung mit der Vorrichtung bzw. dem Verfahren der vorliegenden Erfindung herstellbar ist;
Fig. 3B eine seitliche Ansicht entlang der Längsseite des U-Profils der Fig. 3A;
Fig. 3C eine stirnseitige Ansicht des U-Profils der Fig. 3A;
Fig. 4A eine perspektivische Ansicht eines U-Profils mit veränderlicher Höhe und veränderlicher Breite mit einer Absenkung, das in Übereinstimmung mit der Vorrichtung bzw. dem Verfahren der vorliegenden Erfindung herstellbar ist;
Fig. 4B eine seitliche Ansicht entlang der Längsseite des U-Profils der Fig. 1A;
Fig. 4C eine stirnseitige Ansicht des U-Profils der Fig. 1A, in der die veränderliche Breite gut erkennbar ist;
Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Kaltwalzprofilieren von Profilen mit veränderlicher Höhe;
Figuren 6A bis 6D verschiedene mögliche Ausgestaltungen der Absenker/ Anheber-Einheit der Fig. 5;
Fig. 7A eine Ausgestaltung eines Verstellgerüstes der formenden Einheit der Fig. 5;
Fig. 7B eine weitere Ausgestaltung eines Verstellgerüstes der formenden Einheit der Fig. 5;
Fig. 7C eine Variante des Verstellgerüstes der Fig. 7A;
Fig. 7D eine Variante des Verstellgerüstes der Fig. 7B;
Fig. 8 ein Biegestationspaar, das mit zwei Verstellgerüsten der Fig. 7B gebildet ist;
Figuren 9A bis 9D den Verlauf der Profilblumen in einem Betriebsmodus mit einer Absenker/Anheber-Einheit;
Figuren 9E bis 9H den Verlauf der Profilblumen in einem ersten Betriebsmodus;
Figuren 9I bis 9L den Verlauf der Profilblumen in einem zweiten Betriebsmodus;
Fig. 10A eine stirnseitige Ansicht eines "unechten" Profils mit veränderlicher Höhe aus dem Stand der Technik, worin die kleinen Elemente hoch gebogen sind;
Fig. 10B eine stirnseitige Ansicht eines "unechten" Profils mit veränderlicher Höhe aus dem Stand der Technik, worin die langen Schenkel hoch gebogen sind; und
Figuren 11A bis 11D einige von vielen Möglichkeiten für den Aufbau und die Anordnung der Rollen eines Verstellgerüstes.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 wird nunmehr eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Kaltwalzprofilieren von Profilen mit veränderlicher Höhe beschrieben.
Der Begriff "veränderliche Höhe" ist im Kontext der Anmeldung so zu verstehen, dass sich die Höhe des Profils über die Längsrichtung betrachtet verändert. Das Profil wird auch so hergestellt, dass der Boden des fertigen Profils nicht in einer Ebene durch die Kaltwalzprofilieranlage läuft, sondern der Boden abgesenkt oder angehoben wird. Darüber hinaus ist auch das Profil der Figuren 3A bis 3C ein der Höhe nach veränderliches Profil. Das Profil kann natürlich auch auf dem Kopf stehend hergestellt werden.
Die Vorrichtung zum Kaltwalzprofilieren umfasst eine (nicht gezeigte) Einheit für den Zuschnitt des Blechbandes in der Breite mit beispielsweise Laserstrahl, Plasma, Wasserstrahl, mit drehbaren und linear bewegten Schneidrollenpaaren, Schnellstanzeinrichtung, Knabber oder Blechschere mit kurzer Schnittlänge, wobei der Beschnitt auch am Ende erfolgen kann; eine mit Bezugszeichen 7 bezeichnete Antriebseinheit; eine mit Bezugszeichen 8 bezeichnete Absenker/Anheber-Einheit; sowie eine formende Einheit 9.
Die Vorrichtung zum Kaltwalzprofilieren kann darüber hinaus stromaufwärts von der Antriebseinheit 7 folgende nicht gezeigte herkömmliche gattungsgemäße Komponenten umfassen:

einen Decoiler, der üblicherweise in Form einer Haspel ausgebildet ist, auf der das flache Blechband aufgewickelt ist;
eine Richteinheit, um das Band plan zu richten;
einen Bandspeicher, der üblicherweise als Grube ausgeführt wird, zum Ausgleich von Geschwindigkeitsunterschieden; und
eine Vorstanzeinheit mit nachgeschaltetem Bandspeicher.

Die Vorrichtung zum Kaltwalzprofilieren kann stromabwärts von der formenden Einheit 9 weiterhin folgende nicht gezeigte herkömmliche gattungsgemäße Komponenten umfassen:

eine Nachstanzeinheit zum Formen von Sicken, von Prägungen oder von weiteren Durchbrüchen;
eine Schweißmaschine, bei geschlossenen und verschweißten Profilen;
Einrichtungen zur Entfernung des Überstandes der Schweißnaht und zum Entgraten;
eine Kalibrieranlage, um exakte Dimensionen zu erreichen;
eine Ablängeinheit, als "fliegende Säge" oder pneumatisch bzw. hydraulisch betriebene Stanzeinrichtung, in stehender oder mitfahrender Ausführung; und
weitere Anlagen, um Prozesse wie Biegen auszuführen.

Darüber hinaus können Vorrichtungen nachgeschaltet werden, um die U- und V-Profile zu einem Hut-Profil umzuformen, die insbesondere für die Automobilindustrie zum Einsatz kommen. Für Hut-Profile
bzw.
kann der Flansch (^-) in einem daran anschließenden Umformprozess hergestellt werden. In der Station oder den Stationen kommt eine Kombination aus festen und beweglichen Rollen zum Einsatz. Die seitlichen Flansche fertigt man mit feststehenden Rollen. Die Unterstützung am Boden erfolgt zweckmäßigerweise mit Rollenpaaren, die ebenfalls mit zwei Freiheitsgraden zu bewegen sind.
Die Antriebseinheit 7 umfasst mindestens ein Gerüst 10 für den Antrieb des Blechbandes und mindestens ein motorisiertes Getriebe 11, das entsprechende Walzen des Gerüstes 10 über Wellen 28 antreibt. In der exemplarisch dargestellten Ausführungsform werden zwei Gerüste gezeigt, wobei jedoch für den Fachmann verständlich wird, dass die Anzahl der Gerüste nach Bedarf erhöht oder gesenkt werden kann. Die stromaufwärts von der Absenker/Anheber-Einheit 8 angeordnete Antriebseinheit 7 hat die Funktion, vor einer möglichen Absenkung/ Anhebung einen Zug von hinten zu verhindern und die Längenänderung des Blechbandes in der Absenker/Anheber-Einheit 8 auszugleichen.
Die Figuren 6A bis 6D zeigen verschiedene mögliche Ausgestaltungen der Absenker/Anheber-Einheit 8 der Fig. 5. Erfindungsgemäß ist es nicht unbedingt erforderlich, die Absenker/Anheber-Einheit 8 bereitzustellen, da die Profile mit veränderlicher Höhe ausschließlich unter Verwendung der formenden Einheit 9 gebildet werden können. Sofern die Absenker/Anheber-Einheit 8 erfindungsgemäß zum Einsatz kommt, bietet sie gewisse Vorteile in Verbindung mit der formenden Einheit 9, wenn tiefere Profile mit veränderlicher Tiefe gebildet werden sollen und/oder wenn die Länge der formenden Einheit 9 zu begrenzen ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf die Figuren 6A bis 6D kann die Absenker/Anheber-Einheit 8 verschiedene Ausgestaltungen annehmen, um eine Mulde bzw. eine Erhebung in das zu profilierende Blechband derart zu realisieren, dass die Absenkung bzw. die Anhebung des Bodens vor der eigentlichen Profilierung bereits in das Blechband eingebracht wird.
Eine mögliche Ausgestaltung als 3-Rollenbiegemaschinen 12 ist in der Fig. 6A gezeigt, wobei, wie für den Fachmann verständlich, auch 4- oder 6-Rollenbiegemaschinen zum Einsatz kommen können. In der Ausgestaltung der Fig. 6A kann die Mulde bzw. die Erhöhung in das Blechband durch die Anordnung von den Rollenpaaren der Rollenbiegemaschinen, die gehoben und gesenkt werden, gebildet werden. Es können aber auch drei Paare aus zylindrischen Rollen eingesetzt werden, die gehoben und gesenkt werden, das Band konvex und konkav vor zu formen.
Die Ausgestaltung der Fig. 6B ist als hydraulische Presse 13 mit einem geeigneten Werkzeug für Absenkung ausgebildet, so dass eine Mulde in das Blechband vorgeformt werden kann. Diese Ausgestaltung entspricht der in der Fig. 5 gezeigten Einheit 8.
Die Ausgestaltung der Fig. 6C ist als Paar von hydraulischen Pressen 14 und 15 mit einem geeigneten Werkzeug für Absenkung bzw. Anhebung ausgebildet, so dass eine Mulde und eine Erhöhung in das Blechband vorgeformt werden können.
Die Ausgestaltung der Fig. 6D ist als Presse 16 mit drehbarem Werkzeug für Absenken und Anheben, vorzugsweise servo-hydraulisch, ausgebildet, um mit der Presse das Blechband abzusenken oder anzuheben.
Alle vorstehend gezeigten Pressen können feststehend oder fliegend gelagert werden, je nachdem, ob kontinuierlich oder diskontinuierlich profiliert wird. Unter erneuter Bezugnahme auf die Fig. 5 in Verbindung mit den Fig. 7A und 7B wird die formende Einheit 9 eingehender beschrieben. Die formende Einheit 9 setzt sich aus einer Vielzahl von Verstellgerüsten 17 zusammen, deren Rollen (Walzen) mit einer jeweiligen Motorisierung 18 über eine entsprechende Welle 28 angetrieben werden. Zur Vereinfachung werden die Motorisierungen der ersten drei Verstellgerüste in der Fig. 5A dargestellt.
In der Fig. 7A ist ein Verstellgerüst 17 für die parallele Kinematik dargestellt, das vorzugsweise als Bi-Pod bzw. Duopod ausgebildet ist. Das Duopod ist ausführlicher in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 011 849 A1 beschrieben, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin eingeschlossen ist. Das Duopod erlaubt durch eine translatorische und eine rotatorische Bewegung zwei Freiheitsgrade. Der translatorische Freiheitsgrad wird mittels Bewegung eines Rollengerüstes (Walzengerüst) 19 mit einer Basisplatte 20, die zwei achsenparallele Rollen 22 trägt, zwischen denen ein langgestreckter Spalt existiert, durch den das Blechband der Länge X nach geführt wird, durch gleichgerichtete Betätigung von zwei Schubstangen 21 erzielt. Somit erfolgt die translatorische Bewegung in der in Fig. 7A gezeigten Z-Richtung. Der rotatorische Freiheitsgrad wird durch gegengerichtete Betätigung der zwei Schubstangen 21 realisiert, so dass das Rollengerüst 19 um die Drehachse der Basisplatte 20 gedreht wird, wobei der Spalt zwischen den Rollen 19 ortsfest bleibt. Diese Drehachse wird nachfolgend Drehachse des Rollengerüstes genannt. In den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen von Fig. 7 und 8 verläuft die Drehachse des Rollengerüstes 19 achsenparallel zwischen beiden Rollen 22 Zur besseren Verständlichkeit ist das Koordinatensystem XYZ in der Fig. 5 eingezeichnet, wobei X die Blechbandförderrichtung angibt. Durch die beschriebene erfindungsgemäße Anordnung sind der translatorische Freiheitsgrad und der rotatorische Freiheitsgrad voneinander entkoppelt.
Durch die translatorische Bewegung des Rollengerüstes 19 des Bi-Pod bzw. Duopod 17 der Fig. 7A können die Ränder des Blechbandes angehoben werden, so dass letztendlich ein Profil mit einer veränderlichen Höhe bzw. Tiefe entsteht. Sofern nur eine translatorische Bewegung des Rollengerüstes 19 in der Z-Richtung möglich ist und die Drehachse des Rollengerüstes 19 parallel zur Y-Achse liegt, wird ein Profil mit einer konstanten Breite hergestellt.
Durch die rotatorische Bewegung des Rollengerüstes 19 des Bi-Pod bzw. Duopod 17 der Fig. 7A können die Rollen 22 während des Kaltwalzprofilierens gemeinsam um die Drehachse des Rollengerüstes 19 geschwenkt werden, so dass die Rollen 22 tangential zur Oberfläche des Blechbandes bewegt werden. Daher wird bei dieser Betriebsart des Bi-Pod bzw. Duopod 17 eine ungewollte Kollision zwischen den Rollen 22 und der Oberfläche des Blechbandes vermieden. Es können aber auch in bestimmten Ausführungsformen die aus einer Kollision entstandenen Kräfte gewünscht sein, um kräftiger auf die Oberfläche des Blechbandes zu drücken, damit eine zusätzliche Absenkung oder Anhebung erzielt wird. Die Steuerung des Bi-Pod bzw. Duopod 17 kann mithilfe einer COPRA Adaptive Motion Control aus dem Hause der Anmelderin erfolgen. Durch das Bi-Pod bzw. Duopod 17 der Vorrichtung der Fig. 5A können vorteilhaft V- oder U-förmige Profile mit veränderlicher Höhe bzw. Tiefe hergestellt werden. Es können jedoch nur Profile mit gleichbleibender Breite hergestellt werden.
Das Verstellgerüst 17 der Fig. 5 bzw. 7A kann durch ein Verstellgerüst 17' für die parallele Kinematik ersetzt werden, wodurch auch Profile mit veränderlicher Höhe und veränderlicher Breite sowohl als U- als auch V-Profil hergestellt werden können. Ein derartiges Verstellgerüst 17' ist in der Fig. 7B dargestellt, worin abweichend von der Fig. 7A die Schubstangen 21 durch ein Paar von Führungen 23 ersetzt sind, die auf einer gemeinsamen Platte sitzen. Dadurch kann die Basisplatte 20 der Rollen 22 mit einem einstellbaren Winkel in der YZ-Ebene geschwenkt werden. Der Mechanismus zur Verstellung des Winkels für die Führungen 23 ist mit dem Bezugszeichen 24 schematisch in der Fig. 7B dargestellt und bedarf keiner weiteren Erläuterung für den Fachmann.
Darüber hinaus kann die Position der Basisplatte 20 entlang eines Kreisbogens 25 verstellt werden, womit ein weiterer Freiheitsgrad erzielt wird, so dass es beispielsweise, wie nachstehend in Verbindung mit der Fig. 8 erläutert, möglich ist, trotz der Neigung der die Führungen 23 haltenden Platte die Achsen der Rollen 22 parallel zur Y-Richtung auszurichten.
Die Verstellgerüste 17' werden, wie in der Fig. 8 gezeigt, paarweise hintereinander versetzt angeordnet, wobei ein Paar von Verstellgerüsten 17' eine Biegestation der formenden Einheit 9 bildet.
Grundsätzlich können die Verstellgerüste 17 und 17' betrieben werden, um Profile mit veränderlicher Höhe und gleichbleibender Breite oder Profile mit veränderlicher Höhe und veränderlicher Breite herzustellen.
Für die Herstellung von Profilen mit veränderlicher Höhe und gleichbleibender Breite wird die Neigung der die Führungen 23 haltenden Platte senkrecht eingestellt, so dass die Verstellgerüste 17' ähnlich wie die Verstellgerüste 17 wirken.
Für die Herstellung von Profilen mit veränderlicher Höhe und veränderlicher Breite muss die Neigung der die Führungen 23 haltenden Platte für jedes Biegestationspaar unabhängig eingestellt werden, um dem Neigungswinkel der Ränder des Blechbandes zu folgen. Dies bedeutet, dass die Neigung der die Führungen 23 haltenden Platte bei jedem Biegestationspaar dem sich ändernden Neigungswinkel des zu biegenden Randes folgen soll. Es versteht sich, dass im Falle von Profilen mit veränderlicher Höhe und veränderlicher Breite die Neigung weniger als 90° beträgt. Erfindungsgemäß erfolgt die Einstellung der Neigung der die Führungen 23 haltenden Platte entweder in exakter Übereinstimmung mit dem Neigungswinkel des zu biegenden Randes oder indem die Neigung dieser Platte zusätzlich unter Berücksichtigung der zentrischen Streckung, wie nachstehend in Verbindung mit den Figuren 9E bis 9H erläutert, korrigiert wird. Die veränderliche Breite des Profils wird an jedem Biegestationspaar durch das Verfahren der Basisplatte 20 an den geneigten Führungen 23 erzielt, so dass sich der Abstand der Rollenpaare 22 zur mittleren Längsachse des Blechbandes (seiner Längsmittellinie in der Blechbandförderrichtung) verändert. Gleichzeitig wird durch diese Bewegung der Rollenpaare 22 auch die veränderliche Tiefe hergestellt.
Durch das vorstehend erläuterte Verstellgerüst 17' ist eine translatorische Bewegung bzw. ein Freiheitsgrad in der YZ-Ebene möglich. Die rotatorische Bewegung bzw. der Freiheitsgrad des Verstellgerüstes 17' kann durch die Betätigung eines Hebels durch einen nicht gezeigten linearen Antrieb analog zur oben genannten DE 100 11 755 A1 realisiert werden und wird daher hier nicht näher erläutert.
Für den Fall, dass mit dem Verstellgerüst 17' symmetrische V- oder U-Profile mit veränderlicher Höhe und gleichbleibender Breite hergestellt werden sollen, erfolgt die Steuerung analog zu der des Verstellgerüstes 17, wobei die translatorische Bewegung in Z-Richtung stattfindet und die rotatorische Bewegung ebenfalls durch Drehen der Basisplatte 20 um ihre Drehachse implementiert wird. Auch in diesem Fall kann die Steuerung derart erfolgen, dass ungewollte Kollisionen zwischen den Rollenpaaren 22 und der Oberfläche des Blechbandes vermieden werden, oder es wird gezielt eine Kollision der Rollenpaare 22 mit der Oberfläche des Blechbandes hervorgerufen, um diese zusätzlich zu verformen.
Für den Fall, dass mit dem Verstellgerüst 17' symmetrische oder asymmetrische V- oder U-Profile mit veränderlicher Höhe und veränderlicher Breite hergestellt werden sollen, muss zusätzlich eine Verschiebung des Verstellgerüstes 17' in die Y-Richtung senkrecht zur Z-Richtung und zur Blechbandförderrichtung X eingeleitet werden, beispielsweise durch die Verschiebung der Basisplatte 20 entlang der geneigten Führungen 23, wobei im Falle der Symmetrie die Verschiebung der Verstellgerüste 17' in Y-Richtung paarweise gleich ist und im Falle der Asymmetrie diese Verschiebung ungleich ist. Anders ausgedrückt, müssen im Falle der Asymmetrie die Führungen 23 bzw. die sie haltenden Platten eines Paares von Verstellgerüsten 17' einer Biegestation unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann, wie bereits erläutert, mit oder ohne Absenker/Anheber-Einheit 8 betrieben werden.
Im Falle des Betriebs mit einer Absenker/Anheber-Einheit 8 werden in der formenden Einheit 9 lediglich ein Rest der Profils bzw. die seitlichen Ränder des Profils hergestellt. Dabei werden die Rollenpaare entsprechend dem vorgeformten Profil (Mulde oder Erhöhung) translatorisch angehoben und abgesenkt sowie um eine Achse rotatorisch gedreht. In diesem Betriebsmodus mit Absenker/Anheber-Einheit 8 können alle Verstellgerüste parallel montiert und verstellt werden. Die translatorische Bewegung erfolgt im Betriebsmodus mit Absenker/Anheber-Einheit 8 parallel zum Endquerschnitt des Blechbandes. Der Verlauf der Profilblumen im obigen Betriebsmodus ist in den Figuren 9A bis 9D veranschaulicht, wobei die durchgehende Linie den normalen Querschnitt und die gestrichelte Linie den höhenveränderten Querschnitt zeigt. Insbesondere zeigt die Fig. 9A die Überlagerung der Querschnitte in der Endform des Profils, die Fig. 9B zeigt die Profilblume des normalen Querschnitts, die Fig. 9C zeigt die Profilblume des höhenveränderten Querschnitts, und die Fig. 9D zeigt die Überlagerung der Profilblumen der Fig. 9B und 9C.
Im Falle des Betriebs ohne Absenker/Anheber-Einheit 8 werden die Rollenpaare dem gewünschten Profil entsprechend nach oben und nach unten bewegt, und sie profilieren den Boden und den Querschnitt des Blechbandes in mehreren Umformschritten zum fertigen Produkt mit veränderlicher Höhe.
Im besonderen Fall des Betriebs ohne Absenker/Anheber-Einheit 8, in dem das Profil sowohl in der Höhe als auch in der Breite veränderlich ist, kann, wie bereits erwähnt, die Einstellung der Neigung der die Führungen 23 haltenden Platte entweder in exakter Übereinstimmung mit dem Neigungswinkel des zu biegenden Randes erfolgen oder indem die Neigung dieser Platte unter Berücksichtigung der zentrischen Streckung korrigiert wird.
Die Verstellgerüste 17 und 17' der Figuren 7A und 7B ähneln sich insofern, als die Achsen der Rollenpaare 22 in derselben Richtung verlaufen, nämlich parallel zur Blechbandzuführebene X, Y und insbesondere parallel zur Y-Richtung.
Die Erfinder der gegenwärtigen Anmeldung haben jedoch in Erfahrung gebracht, dass besondere Vorteile mit den abgeänderten Verstellgerüsten der Figuren 7C und 7D erzielbar sind.
Die Fig. 7C stellt eine Variante des Verstellgerüstes der Fig. 7A dar, wobei gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Das Verstellgerüst 17" der Fig. 7C weist abweichend vom Verstellgerüst 17 der Fig. 7A den Mechanismus 24 des Verstellgerüstes 17' auf, womit der Winkel der Basisplatte 20 in einer schrägen Richtung zur XY-Ebene einstellbar ist. Die Rollen 22 sind angesichts der Verstellbarkeit der Basisplatte 20 nicht mehr ohne weiteres über Wellen drehbar, und daher wird ihre Motorisierung in das Rollengerüst (Walzengerüst) 19 integriert, wie durch Bezugszeichen 18" angezeigt. Eine geeignete Motorisierung kann von einem Fachmann ohne weiteres beispielsweise in Form eines Servomotors, eines Asynchronmotors, eines Motors mit Frequenzumrichter oder dergleichen implementiert werden und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.
In der Ausgestaltung der Fig. 7C kann das Rollenpaar 22 von einer Stellung, in der die Achsen der Rollen 22 parallel zur Blechbandförderebene X, Y liegen, bis zu einer Stellung verschoben werden, in der diese Achsen senkrecht zur Blechbandförderebene X, Y liegen. Somit liegt der rotatorische Freiheitsgrad des Verstellgerüstes 17" in einer Ebene, die von einer im Wesentlichen senkrecht zur Blechbandförderebene X, Y liegenden Stellung in eine im Wesentlichen parallel zur Blechbandförderebene X, Y liegende Stellung schwenkbar ist. Folglich ist es möglich, Blechbänder mit einer variablen Breite zu verarbeiten, sofern die Achsen der Rollenpaare 22 nicht parallel zur Blechbandförderebene X, Y liegen, wobei der resultierende Boden des Blechbandes grundsätzlich uneben ist und über die Rollengeometrie einstellbar ist.
Die Fig. 7D stellt eine Variante des Verstellgerüstes der Fig. 7B dar, wobei gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Das Verstellgerüst 17"' der Fig. 7D weist eine geeignete Motorisierung 18"' auf, die analog zur Motorisierung 18" der Fig. 7C in das Rollengerüst 19 integriert ist. Wegen den fehlenden Wellen 28 kann die Position der Basisplatte 20 entlang des Kreisbogens 25 ohne diesbezügliche Einschränkungen verstellt werden, so dass analog zur Ausgestaltung der Verstellgerüste der Fig. 7C im Falle der Fig.7D es ebenfalls möglich ist, das Rollenpaar 22 von einer Stellung, in der seine Achsen parallel zur Blechbandförderebene X, Y liegen, bis zu einer Stellung zu verschieben, in der seine Achsen senkrecht zur Blechbandförderebene X, Y liegen. Dadurch resultiert eine Wirkungsweise, die der des Verstellgerüstes der Fig. 7C analog ist.
Sowohl die Verstellgerüste 17" der Fig. 7C als auch die Verstellgerüste 17"' der Fig. 7D können, wie in der Fig. 8 gezeigt, paarweise hintereinander versetzt angeordnet sein.
Die Figuren 9E bis 9H zeigen den Verlauf der Profilblume mit einer Korrektur der Neigung der die Führungen 23 haltenden Platte abhängig von der zentrischen Streckung an der Biegestelle des Bleches, wobei die durchgehende Linie den normalen Querschnitt und die gestrichelte Linie den höhenveränderten Querschnitt zeigt. Insbesondere zeigt die Fig. 9E die Überlagerung der Querschnitte in der Endform des Profils, die Fig. 9F zeigt die Profilblume des normalen Querschnitts, die Fig. 9G die Profilblume des höhenveränderten Querschnitts und die Fig. 9H die Überlagerung der Profilblumen der Fig. 9F und 9G. Wie aus der Fig. 9G und 9H ersichtlich, wird dank der von der zentrischen Streckung abhängigen Korrektur der Boden des Profils in annähernd gleichen Schritten abgesenkt bzw. angehoben. Die Figuren 9I bis 9L entsprechen den Figuren 9E bis 9H mit dem Unterschied, dass keine von der zentrischen Streckung abhängige Korrektur durchgeführt wurde, und dementsprechend erfolgt das Absenken bzw. Anheben des Bodens des Profils in unterschiedlichen nicht linearen Schritten, was zu einer Erhöhung der Spannung in Bezug auf die Ausführungsform mit der von der zentrischen Streckung abhängigen Korrektur führt.
Die Rollen eines Rollengerüstes sind in ihrer einfachsten Form zylindrisch und achsenparallel, wie in der oben genannten DE 100 11 755 A1 gezeigt, und die Drehachse so eines Rollengerüstes steht senkrecht zur Bewegungsrichtung oder senkrecht zur Richtung der Veränderlichkeit des Profilquerschnitts.
Die Rollen eines Rollengerüstes müssen aber nicht zylindrisch sein, sondern sie können über ihre Länge veränderliche Durchmesser haben, wie in den Figuren 5, 7 und 8 dargestellt, um das Blechband partiell mit einem bestimmten Profil zu versehen. In diesem Fall steht die Drehachse des Rollengerüstes ebenfalls senkrecht zur Bewegungsrichtung oder senkrecht zur Richtung der Veränderlichkeit des Profilquerschnitts.
Die letztere Formulierung soll auch den Fall umfassen, dass die Rollen eines Rollengerüste nicht achsenparallel sind, sondern dass ihre Achsen mehr oder weniger zueinander geneigt sind. Dies kann erforderlich sein, um Kollisionen zu verhindern oder zu vermindern.
Die Figuren 11A bis 11D zeigen einige von vielen Möglichkeiten für den Aufbau und die Anordnung zweier Rollen eines Rollengerüstes. Dabei zeigt Fig. 11A eine klassische, d. h. achsenparallele und erfindungsgemäße Anordnung der Rollen mit komplementär veränderlichen Durchmessern, die ein Blechband zwischen sich hindurchführen; Fig. 11B zeigt eine nicht erfindungsgemäße Anordnung, bei der die Achse der einen Rolle parallel zur Blechbandzuführebene liegt und die Achse der anderen Rolle dazu geneigt ist, Fig. 11C zeigt eine nicht erfindungsgemäße Anordnung, bei der die Achsen der Rollen nicht nur zueinander geneigt sind, sondern auch in der Blechbandförderrichtung gegeneinander versetzt sind; und Fig. 11D zeigt ein nicht erfindungsgemäße Anordnung, bei der die Achsen der Rollen zueinander geneigt, in der Blechbandförderrichtung gegeneinander versetzt und zusätzlich um die Hochachse (eine mehr oder weniger radial durch beide Rollen gehende Linie) gegeneinander verdreht sind.
Wenn in irgendeinem der Ansprüche erwähnte technische Merkmale mit einem Bezugszeichen versehen sind, wurden diese Bezugszeichen lediglich eingeschlossen, um die Verständlichkeit der Ansprüche zu erhöhen. Entsprechend haben diese Bezugszeichen keine einschränkende Auswirkung auf den Schutzumfang eines jeden Elements, das exemplarisch durch solche Bezugszeichen bezeichnet wird.

Claims

Vorrichtung zur Bildung eines Profils mit veränderlicher Höhe mittels Kaltwalzprofilierung, die eine formende Einheit (9) mit mindestens einem Verstellgerüst (17, 17', 17", 17"') umfasst, das ein Rollengerüst (19) aufweist, das ein Paar achsenparallele Rollen (22) enthält, zwischen denen ein Spalt existiert, durch den das Blechband der Länge (X) nach geführt wird, wobei das Rollengerüst während der Kaltwalzprofilierung mit mindestens einem translatorischen Freiheitsgrad und einem davon entkoppelten rotatorischen Freiheitsgrad translatorisch und rotatorisch verlagert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Bildung des Profils mit veränderlicher Höhe eingerichtet ist, indem das Rollengerüst (19) den von dem mindestens einen translatorischen Freiheitsgrad entkoppelten Freiheitsgrad der Rotation um eine Drehachse aufweist, die achsenparallel zwischen den Rollen (22) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Drehachse des Rollengerüstes (19), die seinen rotatorischen Freiheitsgrad definiert, parallel zur Blechbandzuführebene (X, Y) oder dazu geneigt verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Drehachse des Rollengerüstes (19) senkrecht zur Blechbandförderrichtung (X) verläuft.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, wobei die Drehachse des Rollengerüstes (19) in einer zur Blechbandförderrichtung (X) senkrechten Ebene (Y, Z) schwenkbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verstellgerüst (17) einen translatorischen und einen rotatorischen Freiheitsgrad aufweist, wobei der translatorische Freiheitsgrad senkrecht zu der Ebene (X, Y) liegt, in der das Blechband zugeführt wird, so dass das Verstellgerüst in der Höhe zur Blechbandzuführebene (X, Y) verstellbar ist; oder
wobei das Verstellgerüst (17', 17", 17"') zwei translatorische und einen rotatorischen Freiheitsgrad aufweist, wobei die translatorischen Freiheitsgrade in einer zur Blechbandförderrichtung (X) senkrechten Ebene (Y, Z) liegen, so dass das Verstellgerüst in der Höhe zur Blechbandzuführebene (X, Y) sowie senkrecht dazu im Abstand zur mittleren Längsachse des Blechbandes verstellbar ist, wobei vorzugsweise das Verstellgerüst (17', 17", 17"') mit einer Platte (20) zum Tragen der Rollen (22) ausgestattet ist, deren Neigungswinkel zur Blechbandzuführebene (X, Y) in Übereinstimmung mit dem Neigungswinkel eines zu biegenden Randes des Blechbandes einstellbar ist und wobei weiterhin bevorzugt der Neigungswinkel der die Rollen (22) tragenden Platte (20) unter Berücksichtigung der zentrischen Streckung an dem zu biegenden Rand des Blechbandes eingestellt wird, wobei die Vorrichtung weiterhin eine in Blechbandförderrichtung (X) stromaufwärts von der Absenker/Anheber-Einheit (8) angeordnete Antriebseinheit (7) hat, die ausgebildet ist, um vor einer Absenkung/Anhebung einen Zug von hinten zu verhindern und um die Längenänderung des Blechbandes in der Absenker/Anheber-Einheit auszugleichen
Vorrichtung nach voranstehenden Ansprüche, die weiterhin eine Einheit für den Zuschnitt eines Blechbandes in der Breite (Y) entsprechend der veränderlichen Höhe (Z) und/oder Breite des Profils umfasst; oder
die weiterhin eine in Blechbandförderrichtung (X) stromaufwärts von der formenden Einheit (9) angeordnete Absenker/Anheber-Einheit (8) hat, die ausgebildet ist, um eine Mulde und/oder eine Erhöhung im Blechband zu bilden
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Spalt zwischen den Rollen (22) ortsfest bleibt, wenn das Rollengerüst (19) um die Drehachse gedreht wird.
Verfahren zur Bildung eines Profils mit veränderlicher Höhe mittels Kaltwalzprofilierung, bei dem das Blechband der Länge (X) nach durch mindestens ein Verstellgerüst (17, 17', 17", 17"') geführt wird, das ein Rollengerüst (19) aufweist, das ein Paar achsenparallele Rollen (22) enthält, zwischen denen ein Spalt existiert, durch den das Blechband geführt wird, wobei das Rollengerüst während der Kaltwalzprofilierung mit mindestens einem translatorischen Freiheitsgrad und einem davon entkoppelten rotatorischen Freiheitsgrad translatorisch und rotatorisch verlagert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass das Profil mit veränderlicher Höhe gebildet wird, indem das Rollengerüst (19) während der Kaltwalzprofilierung um eine Drehachse gedreht wird, die achsenparallel zwischen den Rollen (22) verläuft und deren rotatorischer Freiheitsgrad von dem mindestens einen translatorischen Freiheitsgrad entkoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Drehachse des Rollengerüstes (19) weiterhin in einer zur Blechbandförderrichtung (X) senkrechten Ebene (Y, Z) geschwenkt wird.
Verfahren nach Anspruchs 8 oder 9, wobei das Blechband unmittelbar vor oder nach der Kaltwalzprofilierung in der Breite (Y) entsprechend der veränderlichen Höhe (Z) und/oder Breite des Profils zugeschnitten wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Verstellgerüst (17', 17", 17"') mit einer Platte (20) zum Tragen der Rollen (22) ausgestattet ist, deren Neigungswinkel zur Blechbandzuführebene (X, Y) in Übereinstimmung mit dem Neigungswinkel eines zu biegenden Randes des Blechbandes eingestellt wird, wobei vorzugsweise der Neigungswinkel der Platte (20) unter Berücksichtigung der zentrischen Streckung an dem zu biegenden Rand des Blechbandes eingestellt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, das weiterhin das Absenken oder Anheben des Blechbandes vor dem Führen des Blechbandes durch das mindestens eine Verstellgerüst (17, 17', 17", 17"') und
nach dem Zuschneiden des Blechbandes umfasst, um eine Mulde und/oder eine Erhöhung im Blechband zu bilden, wobei vorzugsweise das Blechband vor dem Absenken oder Anheben derart angetrieben wird, dass Zug von hinten verhindert und die Längenänderung des Blechbandes beim Absenken oder Anheben des Blechbandes ausgeglichen wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Spalt zwischen den Rollen (22) ortsfest bleibt, wenn das Rollengerüst (19) um die Drehachse gedreht wird.