EP3442724A1 - Verfahren und vorrichtung zum richten eines werkstücks - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum richten eines werkstücks

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EP3442724A1
EP3442724A1 EP17719794.4A EP17719794A EP3442724A1 EP 3442724 A1 EP3442724 A1 EP 3442724A1 EP 17719794 A EP17719794 A EP 17719794A EP 3442724 A1 EP3442724 A1 EP 3442724A1
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EP
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longitudinal axis
straightening
bent
axis
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    • B21D3/00—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D3/00—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts
    • B21D3/12—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts by stretching with or without twisting

Definitions

  • the invention relates to a method for straightening a workpiece with a longitudinal axis, wherein the workpiece is bent out of a starting position transversely to the longitudinal axis and bent back again and on a
  • the invention is therefore based on the object, a method for straightening elongated workpieces, in particular of profiles, hollow sections and tubes, so designed that the required straightening with relatively simple means without risk of surface damage to be addressed
  • the invention is based on the finding that during the bending of a
  • Workpiece is applied by applying corresponding bending moments in the region of its two longitudinal ends of the workpiece over its entire length with an approximately constant bending moment load, so that it is not necessary to apply bending forces in the area between the two longitudinal ends by appropriate straightening tools, as in the prior art of Case is. It only has to be ensured that the workpiece is bent at least once in different directions from the starting position and bent back into the starting position, depending on the cross-sectional shape of the workpiece at least in
  • the mutual deflection of the recording heads can be influenced on the bending line.
  • Simple bending conditions arise in this context when the workpiece is bent and bent back symmetrically to a center plane perpendicular to the longitudinal axis, which usually meets the straightening requirements.
  • the bending stress in continuously changing directions can be achieved via a corresponding drive of the recording heads without rotation of the workpiece about its longitudinal axis. But it is also possible in a simple manner, the workpiece during its rotation about the longitudinal axis using the recording heads in a plane and bend back again.
  • Pivotable mounting of the recording heads about two preferably mutually perpendicular pivot axes the workpiece continuously in changing directions with a bending load can be applied to a corresponding pivot drive about these pivot axes, which ensures effective in all directions straightening.
  • the bending of the workpiece requires a relatively mutually displaceable mounting of the recording heads, so that the shorter by the deflection, the mutual distance of the recording heads corresponding chord length of the bending line can be considered.
  • the two recording heads for end-side recording of the workpiece can also only about a transverse to the coaxial alignment axis
  • Swivel axes of the recording heads are parallel, because in this case can be expected with symmetrical loads with respect to a plane perpendicular to the longitudinal axis of the workpiece center plane.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention for straightening a workpiece with a pronounced longitudinal axis in a partly torn, schematic side view
  • Fig. 3 shows a construction variant of a straightening device according to the invention
  • Fig. 4 shows the device of FIG. 3 in a plan view.
  • the device for straightening a workpiece 1, for example a pipe has according to FIGS. 1 and 2 a frame 2 with guides 3 for two slides 4, each carrying a turntable 5 for receiving a receiving head 6.
  • the recording heads 6 are thus rotatably mounted on the carriage 4 about a to the guides 3 transverse, dash-dotted lines indicated pivot axis 7 and can by means of pivot cylinders 8 from a starting position
  • Recording heads 6 is determined. This extending in the direction of the guides 3 coaxial alignment axis of the recording heads 6 is denoted by 9.
  • the two receiving heads 6, which include a rotatably mounted workpiece holder 10, each associated with a drive 1 1 for the workpiece holder 10 so that the workpiece 1 can be driven in rotation about its longitudinal axis from its two ends.
  • a spindle drive 12 is provided with two opposing spindle sections which are driven by a drive 13, so that the carriage 4 can be moved apart or the same time.
  • a transverse conveyor 14 which has movable receptacles 16 for rails 15 for workpieces 1 along rails. The workpieces 1 to be straightened can thus be moved apart
  • Carriage be introduced via the cross conveyor 14 in the device in order by a collapse of the carriage 4 of the receiving heads. 6
  • the receptacles 16 of the transverse conveyor 14 can be lowered and withdrawn from the region of the straightening device.
  • the receptacles 16 are formed as acted upon by a pressure medium actuating piston, which are provided in along the rails 15 movable carrier 17 for this purpose.
  • the actuator for the driver 17 is not shown for clarity.
  • Recording heads 6 recorded. After an extension of the driver 16 from the straightening the straightening process can be initiated by first the drive 1 1 is turned on for the rotation of the workpiece 1 about its longitudinal axis. On the rotating workpiece 1 can then be applied via the detected by the recording heads 6 longitudinal ends a bending moment, by an appropriate action on the pivot cylinder 8, so that the
  • Recording heads 6 are pivoted about the pivot axes 7 of the coaxial alignment axis 9. At the same time, the two recording heads 6 on the Spindle drive 12 are pulled against each other in order to take into account the taking place during bending of the workpiece 1 shortening of the mutual recording head distance can. After bending out of the predetermined by the coaxial alignment axis 9 starting position 1 this is bent back into the starting position with continuous rotation of the workpiece, wherein the
  • Receptacles 6 swung back over the swing cylinder 8 and at the same time the carriage 4 are moved apart again.
  • the workpiece 1 can be removed from the straightening device via the transverse conveyor 14, after the workpiece 1 has been released by moving the receiving heads 6 apart.
  • the two receiving heads 6 are not only about a pivot axis, but about two preferably mutually perpendicular, transverse to the alignment axis.
  • the receiving heads 6 are mounted in the manner of a universal joint in a frame structure 20, the
  • Bearing body 21 for the pivot axis 18 forming a shaft 22 which carries the recording head 6.
  • On the shaft 22 are two diametrically opposed
  • axle stub 23 attached to which an actuator in the form of swing cylinders 24 engages, so that the shaft 22 and thus the
  • Recording head 6 can be rotated about the adjusting cylinder 24 about the pivot axis 18.
  • the recording heads 6 are additionally rotatably mounted on the stub axles 23, which thus determine the pivot axis 19.
  • two pivot cylinders 25 are provided, which are hinged on the one hand on the receiving head 6 and on the other hand on the shaft 22.
  • the opposite to the shaft 22 rotatably held recording head 6 can therefore be additionally pivoted about the stub axle 23. This is the Conditions created for the workpiece to be straightened 1 continuously bend in all directions and back again, without having to drive the workpiece itself rotating.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Richten eines Werkstücks (1) mit einer Längsachse beschrieben, wobei das Werkstück (1) aus einer Ausgangslage quer zur Längsachse ausgebogen und wieder zurückgebogen wird. Um vorteilhafte Richtbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass das endseitig in Aufnahmeköpfen (6) gehaltene Werkstück (1) mithilfe der Aufnahmeköpfe (6) in sich zumindest in vorgegebenen Winkelbereichen ändernden Richtungen ausgebogen und wieder zurückgebogen wird.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM RICHTEN EINES WERKSTÜCKS
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Richten eines Werkstücks mit einer Längsachse, wobei das Werkstück aus einer Ausgangslage quer zur Längsachse ausgebogen und wieder zurückgebogen wird sowie auf eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
Zum Richten von Werkstücken mit einer ausgeprägten Längsachse, wie Stäbe, Stangen, Profile und Rohre, werden auf das Werkstück Querkräfte ausgeübt, die ein Ausbiegen quer zur Längsachse und ein Zurückbiegen in die Ausgangslage bewerkstelligen, sodass durch diese gegensinnigen Biegebelastungen
vorhandene Biegespannungen abgebaut werden. Unabhängig davon, ob diese Querkräfte über Rollen oder Druckbacken aufgebracht werden, besteht bei den bekannten Richtverfahren die Gefahr, dass die Richtwerkzeuge Richtspuren auf der Oberfläche des gerichteten Werkstücks hinterlassen. Außerdem kann durch die für das Richten notwendigen Querkräfte bei dünnwandigen Profilen die Gefahr einer Überlastung der Profile nicht ausgeschlossen werden. Dazu kommt, dass die eingesetzten Vorrichtungen vergleichsweise aufwendige, schwere Konstruktionen bedingen. Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Richten von länglichen Werkstücken, insbesondere von Profilen, Hohlprofilen und Rohren, so auszugestalten, dass die erforderlichen Richtkräfte mit vergleichsweise einfachen Mitteln ohne Gefahr einer Oberflächenbeschädigung der zu richtenden
Werkstücke aufgebracht werden können. Ausgehend von einem Verfahren der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass das endseitig in Aufnahmeköpfen gehaltene Werkstück mithilfe der Aufnahmeköpfe in sich zumindest in vorgegebenen
Winkelbereichen ändernden Richtungen ausgebogen und wieder zurückgebogen wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Biegung eines
Werkstücks durch das Aufbringen entsprechender Biegemomente im Bereich seiner beiden Längsenden das Werkstück über seine gesamte Länge mit einer annähernd gleichbleibenden Biegemomentbelastung beaufschlagt wird, sodass es nicht notwendig ist, Biegekräfte im Bereich zwischen den beiden Längsenden durch entsprechende Richtwerkzeuge aufzubringen, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Es muss lediglich dafür gesorgt werden, dass das Werkstück wenigstens einmal in unterschiedlichen Richtungen aus der Ausgangslage ausgebogen und wieder in die Ausgangslage zurückgebogen wird, und zwar in Abhängigkeit von der Querschnittsform des Werkstücks zumindest in
vorgegebenen Winkelbereichen, sodass die Eigenspannungen in
unterschiedlicher Richtung abgebaut werden, ohne Richtwerkzeuge entlang des Werkstücks anstellen zu müssen. Demzufolge kann auch jegliche
Beschädigungsgefahr für die Werkstückoberfläche durch Richtwerkzeuge unterbunden werden.
Besonders einfache Verfahrensbedingungen ergeben sich, wenn das Werkstück mithilfe der Aufnahmeköpfe in sich fortlaufend ändernde Richtungen ausgebogen und wieder zurückgebogen wird, weil in diesem Fall ein kontinuierlicher
Richtvorgang unabhängig von der Ausrichtung vorhandener Eigenspannungen sichergestellt werden kann.
Durch die Wahl der gegenseitigen Auslenkung der Aufnahmeköpfe kann auf die Biegelinie Einfluss genommen werden. Einfache Biegeverhältnisse ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn das Werkstück symmetrisch zu einer zur Längsachse senkrechten Mittelebene ausgebogen und zurückgebogen wird, was üblicherweise den Richtanforderungen genügt. Die Biegebeanspruchung in sich fortlaufend ändernden Richtungen kann über einen entsprechenden Antrieb der Aufnahmeköpfe ohne Drehung des Werkstücks um seine Längsachse erreicht werden. Es ist aber auch in einfacher Weise möglich, das Werkstück während seiner Drehung um die Längsachse mithilfe der Aufnahmeköpfe in einer Ebene auszubiegen und wieder zurückzubiegen. Da das Werkstück während der Biegebeanspruchung über die beiden Aufnahmeköpfe um seine Längsachse gedreht wird, wirken die Biegemomente nicht nur in einer Ebene, sondern aufgrund der Werkstückdrehung in allen Drehstellungen, was ebenfalls einen Abbau der Biegespannungen in allen Richtungen erlaubt. Zum Richten eines Werkstücks mit einer Längsachse kann vorteilhaft eine
Vorrichtung eingesetzt werden, die zwei zueinander koaxial ausrichtbare und in Richtung der koaxialen Ausrichtachse relativ gegeneinander verstellbare, das Werkstück an seinen Längsenden aufnehmende Aufnahmeköpfe aufweist, die je um zwei quer zur koaxialen Ausrichtachse verlaufende Schwenkachsen drehbar gelagert und um diese Schwenkachsen antreibbar sind. Aufgrund dieser
Schwenkbaren Lagerung der Aufnahmeköpfe um zwei vorzugsweise zueinander senkrechte Schwenkachsen kann bei einem entsprechenden Schwenkantrieb um diese Schwenkachsen das Werkstück kontinuierlich in sich ändernden Richtungen mit einer Biegebelastung beaufschlagt werden, die für einen in allen Richtungen wirksamen Richtvorgang sorgt. Die Biegung des Werkstücks erfordert allerdings eine relativ gegeneinander verschiebbare Lagerung der Aufnahmeköpfe, damit die durch die Ausbiegung kürzere, dem gegenseitigen Abstand der Aufnahmeköpfe entsprechende Sehnenlänge der Biegelinie berücksichtigt werden kann.
Die beiden Aufnahmeköpfe zur endseitigen Aufnahme des Werkstücks können aber auch nur um eine quer zur koaxialen Ausrichtachse verlaufende
Schwenkachse drehbar gelagert sein, wenn den Aufnahmeköpfen ein Antrieb zum Drehen des Werkstücks um seine Längsachse zugeordnet wird. Durch die zu einander koaxial ausgerichteten Aufnahmeköpfe kann das zu richtende Werkstück in einer Ausgangslage aufgenommen werden, um mit Hilfe des hierfür
vorgesehenen Antriebs um seine Längsachse gedreht zu werden. Da die
Aufnahmeköpfe um quer zur koaxialen Ausrichtachse verlaufende Schwenkachsen drehbar gelagert sind, können über die Aufnahmeköpfe entsprechende Biegemomente auf das eingespannte Werkstück ausgeübt werden.
Besonders einfache Konstruktionsverhältnisse ergeben sich, wenn die
Schwenkachsen der Aufnahmeköpfe parallel verlaufen, weil in diesem Fall mit symmetrischen Belastungen bezüglich einer zur Längsachse des Werkstücks senkrechten Mittelebene gerechnet werden kann.
Kurze Beschreibung der Erfindung
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Richten eines Werkstücks mit einer ausgeprägten Längsachse in einer zum Teil aufgerissenen, schematischen Seitenansicht,
Fig. 2 diese Vorrichtung in einer Draufsicht,
Fig. 3 eine Konstruktionsvariante einer erfindungsgemäßen Richtvorrichtung
Vorrichtung im Bereich eines der beiden Aufnahmeköpfe in einer schematischen Seitenansicht und
Fig. 4 die Vorrichtung nach Fig. 3 in einer Draufsicht.
Weg zur Ausführung der Erfindung Die Vorrichtung zum Richten eines Werkstücks 1 , beispielsweise eines Rohres, weist gemäß den Fig. 1 und 2 ein Gestell 2 mit Führungen 3 für zwei Schlitten 4 auf, die jeweils einen Drehkranz 5 zur Aufnahme eines Aufnahmekopfs 6 tragen. Die Aufnahmeköpfe 6 sind somit auf den Schlitten 4 um eine zu den Führungen 3 quer verlaufende, strichpunktiert angedeutete Schwenkachse 7 drehbar gelagert und können mithilfe von Schwenkzylindern 8 aus einer Ausgangslage
ausgeschwenkt werden, die durch die zueinander koaxial ausgerichteten
Aufnahmeköpfe 6 bestimmt wird. Diese in Richtung der Führungen 3 verlaufende koaxiale Ausrichtachse der Aufnahmeköpfe 6 ist mit 9 bezeichnet. Den beiden Aufnahmeköpfen 6, die eine drehbar gelagerte Werkstückaufnahme 10 umfassen, ist je ein Antrieb 1 1 für die Werkstückaufnahme 10 zugeordnet, sodass das Werkstück 1 von seinen beiden Enden her um seine Längsachse drehend angetrieben werden kann. Zur gegenseitigen Verschiebung der Schlitten 4 ist ein Spindeltrieb 12 mit zwei gegensinnigen Spindelabschnitten vorgesehen, die durch einen Antrieb 13 angetrieben werden, sodass die Schlitten 4 gegengleich auseinander- oder zusammengefahren werden können.
Zwischen den Schlitten 4 ist ein Querförderer 14 vorgesehen, der entlang von Schienen 15 verfahrbare Aufnahmen 16 für zu richtende Werkstücke 1 aufweist. Die zu richtenden Werkstücke 1 können somit bei auseinandergefahrenen
Schlitten über den Querförderer 14 in die Vorrichtung eingebracht werden, um durch ein Zusammenfahren der Schlitten 4 von den Aufnahmeköpfen 6
aufgenommen zu werden. Damit der Richtvorgang nicht durch die Aufnahmen 16 des Querförderers 14 behindert werden kann, können diese Aufnahmen 16 abgesenkt und aus dem Bereich der Richtvorrichtung zurückgezogen werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zu diesem Zweck die Aufnahmen 16 als durch ein Druckmittel beaufschlagbare Stellkolben ausgebildet, die in entlang der Schienen 15 verfahrbaren Mitnehmer 17 vorgesehen sind. Der Stelltrieb für die Mitnehmer 17 ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
Zum Richten des Werkstücks 1 wird dieses in der beschriebenen Weise mithilfe des Querförderers 14 in die Richtvorrichtung eingebracht und von den
Aufnahmeköpfen 6 aufgenommen. Nach einem Ausfahren der Mitnehmer 16 aus dem Richtbereich kann der Richtvorgang eingeleitet werden, indem zunächst der Antrieb 1 1 für die Drehung des Werkstücks 1 um seine Längsachse eingeschaltet wird. Auf das drehende Werkstück 1 kann dann über die von den Aufnahmeköpfen 6 erfassten Längsenden ein Biegemoment aufgebracht werden, und zwar durch eine entsprechende Beaufschlagung der Schwenkzylinder 8, sodass die
Aufnahmeköpfe 6 um die Schwenkachsen 7 aus der koaxialen Ausrichtachse 9 ausgeschwenkt werden. Zugleich müssen die beiden Aufnahmeköpfe 6 über den Spindeltrieb 12 gegeneinander gezogen werden, um die beim Ausbiegen des Werkstücks 1 erfolgende Verkürzung des gegenseitigen Aufnahmekopfabstands berücksichtigen zu können. Nach dem Ausbiegen aus der durch die koaxiale Ausrichtachse 9 vorgegebenen Ausgangslage wird bei fortlaufender Drehung des Werkstücks 1 dieses wieder in die Ausgangslage zurückgebogen, wobei die
Aufnahmeköpfe 6 über die Schwenkzylinder 8 zurückgeschwenkt und zugleich die Schlitten 4 wieder auseinanderbewegt werden. Mit dem Erreichen der
Ausgangslage ist der Richtvorgang abgeschlossen. Das Werkstück 1 kann über den Querförderer 14 aus der Richtvorrichtung entnommen werden, nachdem das Werkstück 1 durch ein Auseinanderfahren der Aufnahmeköpfe 6 freigegeben wurde.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 werden die beiden Aufnahmeköpfe 6 nicht nur um eine Schwenkachse, sondern um jeweils zwei vorzugsweise zueinander senkrecht stehende, quer zur Ausrichtachse 9
verlaufende Schwenkachsen 18, 19 angetrieben, sodass sich ein Drehantrieb für das Werkstück 1 um seine Längsachse erübrigt und trotzdem ein entsprechendes Biegemoment über die Aufnahmeköpfe 6 in sich fortlaufend ändernden
Richtungen aufgebracht werden kann. Zu diesem Zweck sind die Aufnahmeköpfe 6 nach Art eines Kardangelenks in einem Gestellaufbau 20 gelagert, der
Lagerkörper 21 für eine die Schwenkachse 18 bildende Welle 22 aufweist, die den Aufnahmekopf 6 trägt. An der Welle 22 sind zwei einander diametral
gegenüberliegende Achsstummel 23 angesetzt, an denen ein Stelltrieb in Form von Schwenkzylindern 24 angreift, sodass die Welle 22 und damit der
Aufnahmekopf 6 über die Stellzylinder 24 um die Schwenkachse 18 gedreht werden kann.
Die Aufnahmeköpfe 6 sind zusätzlich auf den Achsstummeln 23 drehbar gelagert, die somit die Schwenkachse 19 bestimmen. Für den Schwenkantrieb um die Schwenkachse 19 sind wieder zwei Schwenkzylinder 25 vorgesehen, die einerseits am Aufnahmekopf 6 und anderseits an der Welle 22 angelenkt sind. Der gegenüber der Welle 22 drehfest gehaltene Aufnahmekopf 6 kann daher zusätzlich um die Achsstummel 23 verschwenkt werden. Damit sind die Voraussetzungen dafür geschaffen, das zu richtende Werkstück 1 fortlaufend in alle Richtungen auszubiegen und wieder zurückzubiegen, ohne das Werkstück selbst drehend antreiben zu müssen.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Richten eines Werkstücks (1 ) mit einer Längsachse, wobei das Werkstück (1 ) aus einer Ausgangslage quer zur Längsachse ausgebogen und wieder zurückgebogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das endseitig in Aufnahmeköpfen (6) gehaltene Werkstück (1 ) mithilfe der Aufnahmeköpfe (6) in sich zumindest in vorgegebenen Winkelbereichen ändernden Richtungen ausgebogen und wieder zurückgebogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1 ) mithilfe der Aufnahmeköpfe (6) in sich fortlaufend ändernde Richtungen ausgebogen und wieder zurückgebogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1 ) symmetrisch zu einer zur Längsachse senkrechten Mittelebene ausgebogen und zurückgebogen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1 ) während seiner Drehung um die Längsachse mithilfe der Aufnahmeköpfe (6) in einer Ebene aus der Ausgangslage ausgebogen und wieder in die Ausgangslage zurückgebogen wird.
5. Vorrichtung zum Richten eines Werkstücks mit einer Längsachse, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zueinander koaxial ausrichtbare und in Richtung der koaxialen Ausrichtachse (9) relativ gegeneinander verstellbare, das Werkstück (1 ) an seinen Längsenden aufnehmende Aufnahmeköpfe (6) vorgesehen sind, die je um zwei quer zur koaxialen Ausrichtachse (9) verlaufende Schwenkachsen (18, 19) drehbar gelagert und um diese Schwenkachsen (18, 19) antreibbar sind.
6. Vorrichtung zum Richten eines Werkstücks mit einer Längsachse, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zueinander koaxial ausrichtbare und in Richtung der koaxialen Ausrichtachse (9) relativ gegeneinander verstellbare, das Werkstück (1 ) an seinen Längsenden aufnehmende Aufnahmeköpfe (6) vorgesehen sind, die um eine quer zur koaxialen Ausrichtachse (9) verlaufende Schwenkachse (7) drehbar gelagert sind, und dass den Aufnahmeköpfen (6) ein Antrieb (1 1 ) zum Drehen des Werkstücks (1 ) um seine Längsachse zugeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schwenkachsen (7) der Aufnahmeköpfe (6) parallel verlaufen.
EP17719794.4A 2016-04-13 2017-04-10 Verfahren und vorrichtung zum richten eines werkstücks Active EP3442724B1 (de)

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