EP3866992B1 - Vorrichtung und verfahren zum flexiblen rollformen eines halbzeugs - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum flexiblen rollformen eines halbzeugs Download PDF

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EP3866992B1
EP3866992B1 EP19783311.4A EP19783311A EP3866992B1 EP 3866992 B1 EP3866992 B1 EP 3866992B1 EP 19783311 A EP19783311 A EP 19783311A EP 3866992 B1 EP3866992 B1 EP 3866992B1
Authority
EP
European Patent Office
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profiling
support
rotation
units
axis
Prior art date
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Active
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EP19783311.4A
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French (fr)
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EP3866992C0 (de
EP3866992A1 (de
Inventor
Lars Ingvarsson
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Metal Envelope GmbH
Original Assignee
Metal Envelope GmbH
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Publication date
Application filed by Metal Envelope GmbH filed Critical Metal Envelope GmbH
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Publication of EP3866992B1 publication Critical patent/EP3866992B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • B21D5/06—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles
    • B21D5/08—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles making use of forming-rollers
    • B21D5/083—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles making use of forming-rollers for obtaining profiles with changing cross-sectional configuration

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the flexible roll forming of a semi-finished product, in particular a rolled sheet, into a profile with a cross-section varying along its longitudinal axis and/or with a varying longitudinal axis.
  • the transport and profiling of a rolled sheet is carried out in a conventional manner by driven profiling rollers.
  • the profiling rollers which are positioned very closely together, transfer the forming forces required for forming and transport to the rolled sheet through frictional engagement.
  • the rolled sheet is conveyed through a roll gap formed between the profiling rollers, in which the forming forces required for forming are transferred to the rolled sheet.
  • a device for roll forming longitudinally oriented components which has a frame with several support devices carried by the frame. Each support device is designed as a carriage and can be moved translationally relative to the frame by means of threaded spindles.
  • a profiling unit referred to as a frame half, is arranged on each support device. Each of these units has a pair of rotatably mounted rollers between which a roll gap remains.
  • the EP 1 676 654 A1 discloses a roll forming system in which several support devices, referred to as forming station supports, each support three profiling units.
  • the support devices, together with the profiling units carried thereby are each translationally movable and rotatable about a vertical axis of rotation.
  • the system is more stable overall than the one in the DE 100 11 755 A1
  • the disadvantage of this known roll forming system is that only relatively large radii of curvature of the profile outer edges can be achieved in the profiling plane containing the longitudinal direction. This also applies if the profiling units are individually adjustable, as is the case in the EP 1 676 654 A1 is suggested, since even then three profiling units are always mounted together on a support device.
  • the EP 2 134 484 B1 , the WO 2012/091650 A1 and the WO 2018/147773 A1 Roll forming systems are disclosed, each having independently rotatable profiling units, each individually mounted on a separate frame part.
  • the SE 135 00 12 A1 Describes a roll forming system with pairs of profiling units. Two profiling units are directly connected to each other and can be moved relative to each other perpendicular to the conveying direction. The two profiling units can rotate together around a central axis located between the profiling units.
  • the object of the invention is therefore to provide a device and a method for the flexible roll forming of a semi-finished product, which counteracts the disadvantages of the prior art explained above and enables the production of free-form profiles with very small radii of curvature with low-vibration operation.
  • a device for the flexible roll forming of a semi-finished product, in particular a rolled sheet, of the type mentioned above which device has a frame.
  • Several support devices are carried by the frame, wherein the support devices are each mounted so as to be translationally movable and rotatable relative to the frame.
  • the device further has several profiling units, each of which has a Have a pair of rotatably mounted rollers, between which a roll gap remains which is dimensioned such that a semi-finished product, in particular a rolled sheet, can be conveyed along a conveying direction by frictional engagement of the rollers and can be roll-formed at the same time.
  • the device according to the invention While the devices resulting from the aforementioned EP 1 676 654 A1 Whereas in the known devices, three profiling units are each supported by a common support device, in the device according to the invention, exactly two profiling units are arranged on each support device, rotatably mounted relative to the support device. As a result, the device according to the invention can produce profiles whose outer edges can have smaller radii of curvature than in the known device. In this case, the third profiling unit considerably limits the possible radii of curvature.
  • the device according to the invention has the advantage that two profiling units are connected to one another via a support device, thus forming an inherently rigid assembly despite the individual rotatability of the profiling units.
  • the support device which supports two profiling units compared to the known device and is therefore necessarily larger, can in turn be supported on the frame at opposite ends, which reduces the risk of tilting vibrations due to the forming forces. This results in a more rigid structure overall for the device according to the invention, which enables low-vibration operation.
  • the support devices and the profiling units mounted on them are preferably arranged in two rows running essentially parallel to each other and essentially parallel to a profiling plane when the device is at rest.
  • the two rows of support devices can diverge, converge, or be arranged irregularly in the conveying direction. It is also possible to arrange the support devices offset from each other at a certain height in the conveying direction.
  • the profiling plane is defined by the orientation of the semi-finished product entering the fixture. While the longitudinal axis and cross-section of a semi-finished product to be roll-formed can change over the conveying and forming time, the profiling plane, once defined when the semi-finished product enters the fixture, remains the same even if the height of the support devices changes.
  • the inventor recognized that it is advantageous for the support devices and the profiling units they support to have several independent translational and rotational degrees of freedom. Independent degrees of freedom are understood to be rotational and translational axes around or along which at least one element of the support devices, the profiling units, or the frame can be rotated or moved translationally.
  • At least one support device is rotatably mounted about a first axis of rotation arranged parallel to a first direction of rotation.
  • At least one profiling unit is rotatably mounted about a second axis of rotation arranged parallel to a second direction of rotation.
  • the support device is translationally movable parallel to a translation direction, wherein the first direction of rotation forms a first angle, preferably 90°, with the translation direction, and the second direction of rotation forms a second angle with the translation direction.
  • the second axis of rotation runs through a processing point in the roll gap between the pair of rotatably mounted rollers of the at least one profiling unit.
  • This position of the second rotation axis allows the pair of rollers in each profiling unit to be aligned so that the machining point is optimally positioned relative to the outer profile edge of the semi-finished product being roll-formed. This, in turn, enables particularly precise machining accuracy.
  • the pairs of rotatably mounted rollers each comprise a first roller and a second roller different from the first roller, wherein the first and second rollers each have at least one first forming section running in the circumferential direction and a second forming section arranged offset in the axial direction and running in the circumferential direction.
  • the processing point is then located at the transition from the first forming section to the second forming section.
  • the transition itself can be designed, for example, as a conical third forming section.
  • first and second axes of rotation each run essentially parallel to one another and the direction of rotation of the axes of rotation is essentially orthogonal to the direction of translation of the translation axes.
  • first and second axes of rotation as well as the translation axes to be aligned completely differently, thus resulting in multiple directions of rotation and multiple directions of translation for the support devices and the profiling units.
  • the resulting asymmetrical rotation and travel behavior and/or the skewed rotation and translation axes of the support devices and profiling units can be compensated for, for example, by inclined components of the frame and/or varying basic geometric shapes of the support devices and/or an additional axis of rotation.
  • Such an additional axis of rotation can, for example, be a horizontal axis of rotation for inclining the profiling units towards or away from the semi-finished product to be profiled. Compensation here means that the same profile shapes can be achieved.
  • first and second axes of rotation are arranged eccentrically to the respective geometric center axis, since on the one hand the support devices can thus pivot further and on the other hand the angular positions of the profiling units can be adapted more precisely to the moving profile outer edge of the semi-finished product.
  • the eccentricity is so great that, when the support devices each have an elongated basic shape with at least two shorter opposite sides, the first axis of rotation runs through a point on the support devices whose distance from one of the two shorter sides is at least twice as great as from the other side. Accordingly, when the profiling units each have an elongated basic shape with at least two shorter opposite sides, the second axis of rotation runs through a point on the profiling units whose distance from one of the two shorter sides is at least twice as great as from the other side.
  • the ratio of the distances from the axes of rotation to the respective sides is preferably in a range from 2:1 to 25:1, but particularly preferably in a range from 5:1 to 15:1.
  • the support devices in one embodiment are each supported at at least two support device bearing points.
  • the support devices can have three support device bearing points instead of two.
  • the support devices can each have two first support elements, wherein the two first support elements provide a first support device bearing point and a second support device bearing point.
  • the support devices each have a first rotary element that defines the first rotation axis and provides a third support device bearing point.
  • profiling units At least two profiling unit bearing points.
  • the profiling units can each have two second support elements, with the two second support elements providing a first profiling unit support point and a second profiling unit support point.
  • Each profiling unit has a second rotary element that defines the second rotation axis and provides a third profiling unit support point.
  • the second pivot drives can each have a first transmission element, e.g., a curved rack, which engages with a second transmission element, in particular a gear.
  • the two transmission elements can be arranged at a greater distance from the second axis of rotation.
  • the semi-finished products to be roll-formed in the plant, in particular rolled sheets, can preferably comprise ductile materials such as aluminum (Al), manganese (Mn), zinc (Zn), titanium (Ti), iron (Fe) or alloys of these materials.
  • the semi-finished products to be roll-formed particularly preferably comprise aluminum (Al) and aluminum alloys. Elemental aluminum and aluminum alloys with a high aluminum content (for example, over 75 atomic%) have the special property of forming a passivating protective layer of aluminum oxide (AlO) or boehmite (AlO(OH)) upon contact with oxygen, which is impermeable to air, water and a broad spectrum of light. This passivating protective layer thus protects the underlying aluminum or aluminum alloy from corrosion. Since this is a naturally occurring process, these materials are particularly suitable for further processing into profiles that are later used outdoors.
  • a device which comprises some or all of the above-mentioned features.
  • the Figure 1 shows a device, designated overall by 10, for the flexible roll forming of a semi-finished product 12, which in the illustrated embodiment is a rolled sheet.
  • the semi-finished product 12 is transformed into a profile having a cross-section and/or a varying longitudinal axis that varies along its longitudinal axis.
  • An example of a profile with a varying longitudinal axis is shown in the device explained below.
  • Figure 6a shown and labeled 12'.
  • the Figure 6b shows a 12" profile with a cross-section varying along its longitudinal axis.
  • a frame 14 extends along a conveying direction F, which frame carries several support devices in the form of plate-shaped swivel tables 16. Each swivel table in turn carries exactly two profiling units 18.
  • Profiling units 18 each have a pair 20 of rollers 20', 20" rotatably mounted, which serve to profile the semi-finished product 12 in a manner known per se.
  • the swivel tables 16 and the profiling units 18 carried by them are arranged in two rows essentially parallel to each other and parallel to the conveying direction F. As best seen in the enlarged section of the Figure 2 can be removed, the profiling units 18 are aligned such that end faces 22 of the profiling rollers 20', 20" are aligned orthogonally to the conveying direction F and face each other in pairs.
  • the pivoting tables 16 and thus also the profiling units 18 carried by them are arranged alternately with one another, for example in a zigzag pattern. Furthermore, it is not essential for the feasibility of the invention that the profiling units 18 are arranged in two substantially parallel rows, in rows parallel to the conveying direction F, or with the end faces 22 of the profiling rollers 20', 20" orthogonal to the conveying direction. Furthermore, it is conceivable to arrange the profiling units 18 at different heights or inclined to the vertical. Depending on the specific application area, location, or profile shape, the profiling units 18 can be arranged and/or tilted in almost any three-dimensional orientation, whereby the orientation and/or position can be individual for each profiling unit 18.
  • the profiling device 10 is intended and configured to convey a semi-finished product 12 along the conveying direction F and to profile it in order to obtain the profile 12', 12''.
  • profiling is understood to mean any type of change in shape of the semi-finished product 12, in particular a rolled sheet, with a thickness of up to 5 mm, which is flat at the time of clamping in the device 10.
  • each combination of swivel table 16 and profiling units 18 is movable in at least two degrees of freedom, namely translationally movable and pivotable.
  • the swivel tables 16 carried by the frame 14 can each be moved along a translation axis T n , which here runs perpendicular to the conveying direction F.
  • the swivel tables 16 can be pivoted about a first axis of rotation D1 n , where n ⁇ 2 stands for the n-th combination of a swivel table 16 and two profiling units 18.
  • Each swivel table 16 can be moved along the translational axes T n by means of a translational drive 24.
  • the swivel table 16 is moved along the translational axis T n by means of a ball screw 26 that runs parallel to the translational axis T n .
  • the ball screw 26 is rotated by an electric motor 28. This causes a translational movement of the swivel table 16 along the ball screw 26 in a manner known per se.
  • the swivel tables 16 are each mounted for translational movement on two lateral rail elements 30 formed on the frame 14.
  • the two rail elements 30 here have an I-shaped profile, which is surrounded by rail guides 32 and forms a plain bearing with them.
  • guides with roller bearings can of course also be used.
  • each assembly comprising the support device 16 and the two profiling units 18 is arranged on a support element arranged between the frame 12 and the support device 16, which in this case is designed as a plate-shaped support table 34.
  • the rail guides 32 are formed on the underside of the support tables 34, whereby each support table 34, together with the pivoting table 16 carried thereby, can be moved translationally along the translation axis T n relative to the frame 14.
  • a support element which does not necessarily have to be designed as a support table, is required to make the respective pivoting table 16 translationally movable and pivotable independently of one another.
  • each swivel table 16 has a first rotating element in the form of a first axial rotary shaft 36, which is rotatably received in a rotary bearing 38 of the support table 34.
  • the rotary shaft and the rotary bearing 38 together define the first axis of rotation D1 n of the swivel table 16, which in turn runs parallel to a first direction of rotation.
  • first pivot drive 40 By means of a first pivot drive 40, the pivot table 16 can be pivoted relative to the support table 34 and thus also relative to the frame 14 about the first axis of rotation D1 n .
  • the pivoting movement is generated by the pivot drive 40.
  • the swivel drive 40 is only indicated schematically.
  • the swivel drive can, for example, comprise a hydraulically controlled lever that connects the support table 34 to the swivel table 16.
  • a drive using a recirculating ball screw can also be considered for generating the swivel movement.
  • the first axis of rotation D1 n runs through a point 42 of the elongated swivel table 16, the distance A D of which to one side 44 of two shorter opposite sides 44, 44' is at least twice as large as the distance A D ' to the other side 44'.
  • the two profiling units 18 can also be pivoted about second axes of rotation D2 n by means of a second pivot drive 45, each of which is defined by second rotating elements in the form of second axial rotary shafts 46. Similar to the first axes of rotation D1 n, the second axes of rotation D2 n each pass through a point 48 of the profiling units 18, the distance AP of which from one side 50 of two shorter opposite sides 50, 50' is more than twice as large as the distance AP ' to the other side 50'.
  • This eccentric arrangement of the second rotational axes D2 n results in different rotational pivoting paths of the two sides 50, 50'.
  • An actuator arranged on the side 50 with the longer pivoting path can therefore adjust the pivoting angle of the profiling unit 18 and thus of the rollers 20', 20'' particularly precisely due to the longer lever.
  • each swivel table 16 has, according to the invention, at least two, in the present embodiment, three support device bearing points L1 D , L2 D and L3 D , at which the swivel table 16 is supported and which are provided by three support elements 52, 52'; 54.
  • a parallelogram pivoting device 58 arranged between the pivoting table 16 and the support table 34 can be seen, which provides the first two support device bearing points L1 D , L2 D.
  • the parallelogram pivoting device 58 has a first guide element designed as a transverse rail element 60, which is fastened to the support table 34 and runs transversely to the conveying direction F, and two second guide elements designed as longitudinal rail elements 62, which are fastened to the pivoting table 36 and run along the conveying direction F.
  • the transverse rail element 60 can also be formed by the rail elements 30 provided by the frame 14.
  • the swivel table 16 is connected to the support table 34 in a form-fitting and particularly stable manner, which counteracts the formation of vibrations.
  • the guide carriages 64 have rotating structures 70, which in the present embodiment are designed as a pair of axial rotary cylinders 70a, 70b, with each rotary cylinder 70a projecting into the other rotary cylinder 70b in such a way as to enable rotation of the rotary cylinders 70a, 70b relative to one another.
  • both guide carriages 64 move away from the viewer, with the rotational movement of the swivel table 16 being effected by a combination of a rotational twist of the rotary cylinders 70a, 70b relative to one another and a translational movement of the guide carriages 64 along the longitudinal rail elements 62.
  • Clockwise pivoting requires correspondingly reversed movement sequences of the elements of the parallelogram pivoting device 58.
  • the second pivot drive 45 in the present embodiment is arranged below the profiling unit 18.
  • the second pivot drive 45 has a first and a second drive element, which here is designed as a gear 72 or as a curved rack 74, which is meshed by the gear 72.
  • the curved rack 74 is fastened to a support foot 86 of the profiling unit 18 by fastening means 82 and via axial bores 84.
  • a gear wheel 72 is attached to the swivel table 16, which is driven by a Figure 4 shown motor 47 via a gear axle pin 76. Rotation of the gear 72 causes the profiling unit 18 to pivot about the second axis of rotation D2 n .
  • the curved rack 74 runs on swivel rollers 78, 78', which form second support elements and are attached to the swivel table 16 below the curved rack 74.
  • the directions of rotation of the axes of rotation 80, 80' of the swivel rollers 78, 78' run essentially by the second axis of rotation D2 n .
  • the three relatively widely spaced profiling unit bearing points L1 F , L2 F and L3 F absorb the static and dynamic forces and contribute to the stability of the device 10.
  • the profiling units 18 each have a framework element in the form of an angle 92, to which two second swivel rollers 94 are fastened, which provide two abutment points 96.
  • the two further swivel rollers 94 prevent the profiling unit 18 from tilting about a tilt axis arranged perpendicular to the paper plane when forming forces in a vertical direction act on the rollers 20', 20''. This measure also reduces the tendency towards unwanted vibrations.
  • the axis of rotation D2 n runs through a processing point 98, 100 which is located in a roll gap 102 formed between the pair 20 of rollers 20', 20" of the profiling units 18.
  • the rollers 20', 20" each have several sections: a first circumferentially rotating forming section 104 and a second circumferentially rotating forming section 106 different from this.
  • a third circumferentially rotating forming section 108 different from the forming sections 104, 106 can also be formed at the transition from the first forming section 104 to the second forming section 106.
  • a first forming edge 110 can be formed, which transfers a large portion of the forming forces required for profiling to the semi-finished product 12 to be profiled.
  • the transition forms the third forming section 108. Accordingly, an additional second forming edge 112 is formed at the transition from the third forming section 108 to the second forming section 106.
  • the rotation axis D2 n runs through a processing point 98, 100 located at one of the forming edges 110, 112.
  • the angle of the profiling units 18 can be optimally adapted to a progressive and changing profile outer edge 114 to be profiled, because the profiling units 18 can always be pivoted exactly around one of the forming points 98, 100 as the curvature of the profile outer edge 114 changes.
  • a profile 12' made from a semi-finished product 12 with a cross-section varying along its longitudinal axis L K and a profile 12" with a varying longitudinal axis X V are shown.
  • Profiles which have both a varying longitudinal axis X V and a cross-section varying across the varying longitudinal axis X V are not specifically shown, although the device 10 is also suitable for producing such profiles.
  • FIG. 7 A possible profile flower is shown as an example, designated 116, which illustrates in a simplified representation different profiling steps for profiling a profile 12', 12".
  • 116 illustrates in a simplified representation different profiling steps for profiling a profile 12', 12".
  • a separate pair 20 of corresponding profiling rolls 20', 20'' is required, each of which has a roll gap 102, the shape of which in longitudinal section corresponds to that of the profile 12', 12" in the respective profiling step.
  • FIG 8 is a plan view of a prior art assembly comprising a support device 16 and three profiling units 18 carried by it. It can be seen that, due to the rotatability of the support device 16, only one profiling unit 18 can be optimally aligned to the profile outer edge 114. However, if the curvature of the profile outer edge 114 is large (i.e., small radii of curvature r K ), not all profiling units can be aligned to the profile outer edge 114 at the same time in such a way that optimal forming (or any forming at all) is possible.
  • Figure 9 a section of the device 10 according to the invention in a plan view. Since each swivel table 16 carries only two profiling units 18, which can also be individually pivoted, the device 10 as a whole - with the same number of profiling units - has significantly more degrees of freedom compared to conventional devices of this type, which can be used to adapt the profiling units 18 to the profile outer edge 114. Assuming that the profiling units can be pivoted through any desired pivoting angle, two profiling units 18 on a swivel table 16 can be adapted to almost any desired small radii of curvature. If, however, as in the prior art, three profiling units are mounted on a turntable, this does not apply even if the profiling units could also be pivoted through any desired angle on the turntable.
  • This movement sequence causes the Figure 9 Adaptation of the profiling units 18 to the curvature of the profile outer edge 114, shown as an example.
  • the swivel tables 16 it is possible to move the swivel tables 16 along additional translation directions. It is also possible to configure the swivel tables 16 such that they are also rotatable about a rotation axis running parallel to the profiling plane EP and in the direction of the conveying direction F. This allows the swivel tables 16 and the profiling units 18 supported by them to be tilted toward the profiling plane EP or away from it.

Landscapes

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

Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum flexiblen Rollformen eines Halbzeugs, insbesondere eines Walzblechs, zu einem Profil mit einem entlang seiner Längsachse variierenden Querschnitt und/oder mit variierender Längsachse.
    • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Vorrichtungen der eingangs genannten Art werden in der Profiliertechnik seit vielen Jahren eingesetzt, wenn aus Walzblechen, die zumeist als fortlaufendes Blechband auf Spindeln, sogenannten Coils, aufgewickelt sind, Profile mit über der Länge variierendem Querschnitt und/oder mit variierender Längsachse hergestellt werden sollen. Bei einem Profil mit variierender Längsachse verläuft diese nicht entlang einer geraden Linie, sondern ist in mindestens einer Ebene gekrümmt.
  • Mit derlei Anlagen wird dem Wunsch nach immer ausgefalleneren und möglichst frei zu gestaltender Formen von Profilen, insbesondere in der Fassaden- und Dachdeckungstechnik, entsprochen. Diese sogenannten Freiformprofile werden vorzugsweise als Abdeckelemente für Außenfassaden und Dächer verwendet, die hohen Ansprüchen an die Formgebung genügen müssen. Vor allem bei Bauvorhaben mit einem gewissen Repräsentationscharakter kommen Freiformprofile häufig zum Einsatz. Dabei kann es, abhängig von der Komplexität der Freiform der Fassade oder des Daches, vorkommen, dass jedes einzelne verwendete Profil eine individuelle Form hat.
  • Um möglichst effizient die erforderlichen Profile anzufertigen, werden solche flexiblen Rollformvorrichtungen für gewöhnlich direkt an den Ort des Bauvorhabens gebracht und manchmal sogar direkt auf dem betreffenden Dach oder an der betreffenden Fassade betrieben.
  • Diese mobilen und flexiblen Rollformvorrichtungen sind im alltäglichen Betrieb auf der Baustelle und durch die häufigen Transporte großen Belastungen ausgesetzt, dementsprechend hoch ist der Wartungs- und Reparaturaufwand.
  • Bei stationären Rollformvorrichtungen, die ohne hohen konstruktiven Aufwand nicht von ihrem einmal festgelegten Einsatzort wegbewegt werden können, sowie bei mobilen Rollformvorrichtungen, erfolgt der Transport und das Profilieren eines Walzblechs in an sich bekannter Weise durch angetriebene Profilierrollen. Die räumlich sehr dicht aneinander liegenden Profilierrollen übertragen dabei die für die Formung und den Transport erforderlichen Umformkräfte durch Reibschluss auf das Walzblech. Dabei wird das Walzblech durch einen zwischen den Profilierrollen ausgebildeten Walzspalt gefördert, in dem die für die Formung erforderlichen Umformkräfte auf das Walzblech übertragen werden.
  • Aus der DE 100 11 755 A1 ist eine Vorrichtung zum Walzprofilieren von längsorientierten Bauteilen bekannt, das ein Gestell mit mehreren Stützvorrichtungen aufweist, die von dem Gestell getragen sind. Jede Stützvorrichtung ist als Schlitten ausgebildet und relativ zu dem Gestell mittels Gewindespindeln translatorisch verfahrbar. Auf jeder Stützvorrichtung ist eine als Gerüsthälfte bezeichnete Profiliereinheit angeordnet, die jeweils ein Paar von drehbar gelagerten Rollen aufweist, zwischen denen ein Walzspalt verbleibt. Mit dieser bekannten Vorrichtung können relativ kleine Krümmungsradien für die Außenkanten von Profilen mit über der Längsachse veränderlichen Querschnitten erzeugt werden. Nachteilig an dieser Bauart ist, dass die Profiliereinheiten beim Betrieb aufgrund der hohen erforderlichen Umformkräfte gelegentlich in stärkere Vibrationen versetzt werden. Dies erhöht nicht nur die Geräuschbildung und die Anfälligkeit für Materialermüdung, sondern kann sich im ungünstigsten Fall auch negativ auf die Bearbeitungsgenauigkeit auswirken.
  • Die EP 1 676 654 A1 ,auf welche der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 basiert, offenbart eine Rollformanlage, bei der mehrere als Formstationsträger bezeichnete Stützvorrichtungen jeweils drei Profiliereinheiten tragen. Bei einem Ausführungsbeispiel sind Stützvorrichtungen mit den davon getragenen Profiliereinheiten jeweils translatorisch verfahrbar und um eine vertikale Drehachse drehbar.
  • Durch die Anordnung von drei Profiliereinheiten auf jeweils einer Stützvorrichtung ist die Anlage insgesamt stabiler als die in der DE 100 11 755 A1 beschriebene Vorrichtung. Nachteilig an dieser bekannten Rollformanlage ist, dass nur relativ große Krümmungsradien der Profilaußenkanten in der die Längsrichtung enthaltenden Profilierebene erzielbar sind. Dies gilt auch, wenn die Profiliereinheiten individuell verstellbar sind, wie dies in der EP 1 676 654 A1 vorgeschlagen wird, da auch dann immer drei Profiliereinheiten gemeinsam auf einer Stützvorrichtung befestigt sind.
  • Ferner sind in der EP 2 134 484 B1 , der WO 2012/091650 A1 und der WO 2018/147773 A1 Walzprofilieranlagen offenbart, die jeweils unabhängig voneinander drehbare Profiliereinheiten aufweisen, die jeweils einzeln an einem separierten Gerüstteil angebracht sind.
  • Die SE 135 00 12 A1 beschreibt eine Walzprofilieranlage mit Paaren von Profiliereinheiten. Jeweils zwei Profiliereinheiten sind direkt miteinander verbunden und senkrecht zur Förderrichtung relativ zueinander verfahrbar. Die beiden Profiliereinheiten sind gemeinsam um eine zentrale Drehachse drehbar, die zwischen den Profiliereinheiten angeordnet ist.
  • Auch diese Bauarten können beim Betrieb aufgrund der hohen erforderlichen Umformkräfte in stärkere Vibrationen geraten, was sich neben der erhöhten Geräuschbildung und Anfälligkeit für Materialermüdung negativ auf die Bearbeitungsgenauigkeit auswirken kann.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum flexiblen Rollformen eines Halbzeugs anzugeben, die bzw. das den vorstehend erläuterten Nachteilen aus dem Stand der Technik begegnet und die Herstellung von Freiformprofilen mit sehr kleinen Krümmungsradien bei einem vibrationsarmen Betrieb ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung zum flexiblen Rollformen eines Halbzeugs, insbesondere eines Walzblechs, der eingangs genannten Art gelöst, welche ein Gestell aufweist. Von dem Gestell getragen sind mehrere Stützvorrichtungen, wobei die Stützvorrichtungen jeweils relativ zu dem Gestell translatorisch verfahrbar und drehbar gelagert sind. Die Vorrichtung weist ferner mehrere Profiliereinheiten auf, die jeweils ein Paar von drehbar gelagerten Rollen aufweisen, zwischen denen ein Walzspalt verbleibt, welcher derart dimensioniert ist, dass ein Halbzeug, insbesondere ein Walzblech, durch Reibschluss der Rollen entlang einer Förderrichtung gefördert und zugleich rollgeformt werden kann.
  • Während bei den Vorrichtungen, die aus der eingangs erwähnten EP 1 676 654 A1 bekannt sind, jeweils drei Profiliereinheiten von einer gemeinsamen Stützvorrichtung getragen sind, sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf jeder Stützvorrichtung genau zwei Profiliereinheiten relativ zu der Stützvorrichtung drehbar gelagert angeordnet. Dadurch lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Profile erzeugen, deren Außenkanten kleinere Krümmungsradien haben können als bei der bekannten Vorrichtung. Dort schränkt die dritte Profiliereinheit nämlich die möglichen Krümmungsradien beträchtlich ein.
  • Gegenüber der aus der DE 100 11 755 A1 bekannten Vorrichtung hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, dass jeweils zwei Profiliereinheiten über eine Stützvorrichtung miteinander verbunden sind und dadurch trotz der individuellen Verdrehbarkeit der Profiliereinheiten einen in sich steifen Verbund bilden. Die Stützvorrichtung, die im Vergleich zu der bekannten Vorrichtung zwei Profiliereinheiten trägt und deswegen zwangsläufig eine größere Ausdehnung hat, kann sich ihrerseits an gegenüberliegenden Enden auf dem Gestell abstützen, was die Gefahr von Kippschwingungen aufgrund der Umformkräfte verringert. Dadurch erhält man bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung insgesamt einen steiferen Aufbau, der einen vibrationsarmen Betrieb ermöglicht.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt also einen optimalen Kompromiss dar, was die erzielbaren Krümmungsradien für die Profilaußenkanten einerseits und einen vibrationsarmen Aufbau andererseits betrifft.
  • Wenn nur eine Seite des Halbzeugs profiliert werden soll, so genügt eine Anordnung der Stützvorrichtungen entlang einer geraden oder gekrümmten Linie. Vor allem in der Fassaden- und Dachdeckungstechnik werden jedoch Profile benötigt, die durch Rollformen an beiden Längsseiten profiliert werden.
  • Beim zweiseitigen Rollformen eines Profils sind die Stützvorrichtungen und die auf ihnen gelagerten Profiliereinheiten in einem Ruhezustand der Vorrichtung vorzugsweise in zwei im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen parallel zu einer Profilierebene verlaufenden Reihen angeordnet. Alternativ hierzu können die beiden Reihen von Stützvorrichtungen in Förderrichtung divergieren, konvergieren oder unregelmäßig angeordnet sein. Es ist auch möglich, die Stützvorrichtungen in einem Höhenniveau in Förderrichtung versetzt zueinander anzuordnen.
  • Die Profilierebene wird durch die Ausrichtung des in die Vorrichtung gerade einlaufenden Halbzeugs definiert. Während sich die Längsachse und der Querschnitt eines zu rollformenden Halbzeugs über die Förder- und Umformdauer verändern können, bleibt die einmal bei Einlauf des Halbzeugs in die Vorrichtung definierte Profilierebene selbst bei Änderung des Höhenniveaus der Stützvorrichtungen gleich.
  • Um möglichst flexibel bei der Gestaltung von Profilen mit entlang der Längsachse variierenden Querschnitten und/oder mit variierenden Längsachsen zu sein, hat der Erfinder erkannt, dass es günstig ist, wenn die Stützvorrichtungen und die von ihnen getragenen Profiliereinheiten mehrere unabhängige translatorische und rotatorische Freiheitsgrade aufweisen. Unter unabhängigen Freiheitsgraden werden Dreh- und Translationsachsen verstanden, um bzw. entlang welchen zumindest ein Element der Stützvorrichtungen, der Profiliereinheiten oder des Gestells drehbar oder translatorisch verfahrbar ist.
  • Vorzugsweise ist mindestens eine Stützvorrichtung um eine erste Drehachse drehbar gelagert, die parallel zu einer ersten Drehrichtung angeordnet ist. Mindestens eine Profiliereinheit ist um eine zweite Drehachse drehbar gelagert, die parallel zu einer zweiten Drehrichtung angeordnet ist. Die Stützvorrichtung ist parallel zu einer Translationsrichtung translatorisch verfahrbar, wobei die erste Drehrichtung mit der Translationsrichtung einen ersten Winkel, der vorzugsweise 90° beträgt, und die zweite Drehrichtung mit der Translationsrichtung einen zweiten Winkel einschließt. Die zweite Drehachse verläuft jeweils durch einen Bearbeitungspunkt im Walzspalt zwischen dem Paar von drehbar gelagerten Rollen der mindestens einen Profiliereinheit.
  • Durch diese Lage der zweiten Drehachse lässt sich das Paar von Rollen jeder Profiliereinheit so ausrichten, dass der Bearbeitungspunkt optimal zur Profilaußenkante des rollzuformenden Halbzeugs positioniert ist. Dies ermöglicht wiederum eine besonders genaue Bearbeitungsgenauigkeit.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Paare von drehbar gelagerten Rollen jeweils eine erste Rolle und eine von der ersten Rolle verschiedene zweite Rolle, wobei die ersten und zweiten Rollen mindestens jeweils einen in Umfangsrichtung umlaufenden ersten Umformabschnitt und einen in axialer Richtung dazu versetzt angeordneten und in Umfangsrichtung umlaufenden zweiten Umformabschnitt aufweisen. Der Bearbeitungspunkt befindet sich dann am Übergang vom ersten Umformabschnitt zum zweiten Umformabschnitt. Der Übergang kann dabei selbst als ein z.B. konischer dritter Umformabschnitt ausgebildet sein.
  • Um die Konstruktion der Vorrichtung möglichst einfach zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die ersten und zweiten Drehachsen jeweils im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Drehrichtung der Drehachsen im Wesentlichen orthogonal zu der Translationsrichtung der Translationsachsen ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die ersten und zweiten Drehachsen sowie die Translationsachsen gänzlich unterschiedlich ausgerichtet sind und somit mehrere Drehrichtungen und mehrere Translationsrichtungen für die Stützvorrichtungen und die Profiliereinheiten vorliegen. Das somit asymmetrische Dreh- und Verfahrverhalten und/oder die windschiefen Dreh- und Translationsachsen der Stützvorrichtungen und Profiliereinheiten können beispielsweise durch geneigte Bauteile des Gestells und/oder variierenden geometrischen Grundformen der Stützvorrichtungen und/oder einer weiteren Drehachse kompensiert werden. Eine solche weitere Drehachse kann beispielsweise eine horizontale Drehachse zum Neigen der Profiliereinheiten zum zu profilierenden Halbzeug hin oder vom zu profilierenden Halbzeug weg sein. Unter Kompensation wird hier verstanden, dass die gleichen Profilformen erzielbar sind.
  • Günstig ist es, wenn die ersten und zweiten Drehachsen jeweils exzentrisch zur jeweiligen geometrischen Mittenachse angeordnet sind, da zum einen die Stützvorrichtungen somit weiter ausschwenken können und zum anderen die Winkelstellungen der Profiliereinheiten präziser an die sich bewegende Profilaußenkante des Halbzeugs angepasst werden können.
  • Vorzugsweise ist die Exzentrizität so groß, dass dann, wenn die Stützvorrichtungen jeweils eine langgezogene Grundform mit wenigstens zwei kürzeren gegenüberliegenden Seiten aufweisen, die erste Drehachse jeweils durch einen Punkt der Stützvorrichtungen verläuft, dessen Abstand zu einer der zwei kürzeren Seiten mindestens doppelt so groß ist wie zur jeweils anderen Seite. Entsprechend verläuft dann, wenn die Profiliereinheiten jeweils eine langgezogene Grundform mit wenigstens zwei kürzeren gegenüber liegenden Seiten aufweisen, die zweite Drehachse jeweils durch einen Punkt der Profiliereinheiten, dessen Abstand zu einer der zwei kürzeren Seiten mindestens doppelt so groß ist wie zur jeweils anderen Seite.
  • Sowohl bezüglich der ersten Drehachsen als auch bezüglich der zweiten Drehachsen liegt das Verhältnis der Abstände von den Drehachsen zu den jeweiligen Seiten jeweils vorzugsweise in einem Bereich von 2:1 bis 25:1, besonders bevorzugt aber in einem Bereich von 5:1 bis 15:1.
  • Um die Vorrichtung im Allgemeinen derart stabiler zu gestalten, dass sie durch Umformkräfte, die durch Druck-, Zug- und Scherkräfte an den Umformpunkten entstehen, nicht in eine unerwünschte Vibration verfällt, sind die Stützvorrichtungen in einem Ausführungsbeispiel jeweils an mindestens zwei Stützvorrichtungslagerpunkten abstützend gelagert.
  • In einer Weiterbildung können die Stützvorrichtungen statt zwei aber auch drei Stützvorrichtungslagerpunkte aufweisen. Um den verfügbaren Bauraum effizient zu nutzen, können die Stützvorrichtungen jeweils zwei erste Abstützelemente aufweisen, wobei die zwei ersten Abstützelemente einen ersten Stützvorrichtungslagerpunkt und einen zweiten Stützvorrichtungslagerpunkt bereitstellen. Ferner weisen die Stützvorrichtungen jeweils ein erstes Drehelement auf, das die erste Drehachse definiert und einen dritten Stützvorrichtungslagerpunkt bereitstellt.
  • Zur weiteren Erhöhung der Stabilität gegenüber Umformkräften ist es möglich, auch die Profiliereinheiten jeweils an mindestens zwei Profiliereinheitslagerpunkten abstützend zu lagern.
  • Es besteht auch hier die Möglichkeit, dass die Profiliereinheiten drei statt zwei Profiliereinheitslagerpunkte aufweisen. Die Profiliereinheiten können dabei jeweils zwei zweite Abstützelemente aufweisen, wobei die zwei zweiten Abstützelemente einen ersten Profiliereinheitslagerpunkt und einen zweiten Profiliereinheitslagerpunkt bereitstellen. Jede Profiliereinheit weist ein zweites Drehelement auf, das die zweite Drehachse definiert und einen dritten Profiliereinheitslagerpunkt bereitstellt.
  • Beispielsweise können die zweiten Schwenkantriebe jeweils ein erstes Übertragungselement aufweisen, z.B. eine gebogene Zahnstange, das mit einem zweiten Übertragungselement, insbesondere einem Zahnrad, in Eingriff steht. Die beiden Übertragungselemente können dabei in einem größeren Abstand von der zweiten Drehachse angeordnet sein.
  • Die in der Anlage rollzuformenden Halbzeuge, insbesondere Walzbleche, können vorzugsweise duktile Materialien wie Aluminium (Al), Mangan (Mn), Zink (Zn), Titan (Ti), Eisen (Fe) oder Legierungen dieser Materialien aufweisen. Besonders bevorzugt weisen die rollzuformenden Halbzeuge Aluminium (Al) und Aluminium-Legierungen auf. Elementares Aluminium sowie Aluminium-Legierungen mit einem hohen Aluminium-Anteil (beispielsweise über 75 Atom-%) weisen die besondere Eigenschaft auf, bei Kontakt mit Sauerstoff eine für Luft, Wasser und ein breites Spektrum des Lichts undurchlässige passivierende Schutzschicht aus Aluminium-Oxid (AlO) oder Böhmit (AlO(OH)) auszubilden. Diese passivierende Schutzschicht schützt das darunter liegende Aluminium oder die darunter liegende Aluminium-Legierung somit vor Korrosion. Da dies ein natürlich ablaufender Vorgang ist, eignen sich diese Materialien besonders, um zu Profilen weiterverarbeitet zu werden, die später im Außenbereich eingesetzt werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum flexiblen Rollformen eines Halbzeugs, insbesondere eines Walzblechs, zu einem Profil mit einem entlang seiner Längsachse variierenden Querschnitt und/oder einem Profil mit variierender Längsachse, wird die oben genannte Aufgabe durch die folgenden Schritte gelöst:
    1. a) Bereitstellen eines Gestells und mehrerer davon getragener Stützvorrichtungen, wobei die Stützvorrichtungen jeweils genau zwei Profiliereinheiten tragen, die jeweils ein Paar von drehbar gelagerten Rollen aufweisen, zwischen denen ein Walzspalt verbleibt;
    2. b) Translatorisches Verfahren und Drehen der Stützvorrichtungen relativ zu dem Gestell und Drehen der genau zwei Profiliereinheiten relativ zu der jeweiligen Stützvorrichtung,
      während das Halbzeug entlang einer Förderrichtung durch den Walzspalt geführt wird.
  • Die für die Vorrichtung genannten Vorteile gelten für das Verfahren entsprechend.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird eine Vorrichtung verwendet, die einige oder alle der oben genannten Merkmale umfasst.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
    • Figur 1
    die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer perspektivischen Darstellung;
    Figur 2
    eine perspektivische Darstellung eines Verbunds aus einer Stützvorrichtung und zwei von derselben getragenen Profiliereinheiten, welche jeweils ein Paar von einander entsprechenden Profilierrollen aufweisen;
    Figur 3
    eine perspektivische reduzierte Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines ersten Schwenkantriebs zum Verschwenken der Stützvorrichtungen;
    Figur 4
    eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Profiliereinheit mit einem Teil eines oberen Stützbereichs einer Stützvorrichtung, von welchem die Profiliereinheit getragen ist;
    Figur 5a
    eine perspektivische reduzierte Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines zweiten Schwenkantriebs zum Verschwenken der Profiliereinheiten;
    Figur 5b
    eine Draufsicht des Ausführungsbeispiels des zweiten Schwenkantriebs;
    Figuren 6a und 6b
    beispielhafte Ausführungen für ein Profil mit einem über die Längsachse variierenden Querschnitt und einem Profil mit variierender Längsachse;
    Figur 7
    eine beispielhafte Ausführung einer zum Erstellen eines Profil benötigten Profilblume;
    Figur 8
    eine vereinfachte Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Profilierverfahrens mit einer wünschenswerten Profilaußenkante;
    Figur 9
    die erfindungsgemäße Vorrichtung in vereinfachter Draufsicht mit wünschenswerter Profilaußenkante.
    BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Die Figur 1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Vorrichtung zum flexiblen Rollformen eines Halbzeugs 12, bei dem es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um ein Walzblech handelt. Durch das Rollformen wird aus dem Halbzeug 12 ein Profil, das einen entlang seiner Längsachse variierenden Querschnitt und/oder eine variierende Längsachse hat. Ein Beispiel für ein Profil mit einer variierenden Längsachse ist in der weiter unten erläuterten Figur 6a gezeigt und mit 12' bezeichnet. Die Figur 6b zeigt ein Profil 12" mit einem entlang seiner Längsachse variierenden Querschnitt.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich entlang einer Förderrichtung F ein Gestell 14, welches mehrere Stützvorrichtungen in Form plattenförmiger Schwenktische 16 trägt. Jeder Schwenktisch trägt seinerseits jeweils genau zwei Profiliereinheiten 18. An den Profiliereinheiten 18 ist jeweils ein Paar 20 von Rollen 20', 20" drehbar gelagert, die der Profilierung des Halbzeugs 12 in an sich bekannter Weise dienen.
  • Die Schwenktische 16 sowie die von ihnen getragenen Profiliereinheiten 18 sind dabei in zwei im Wesentlichen parallel zueinander und parallel zur Förderrichtung F verlaufenden Reihen angeordnet. Wie am besten in dem vergrößerten Ausschnitt der Figur 2 entnommen werden kann, sind die Profiliereinheiten 18 so ausgerichtet, dass Stirnflächen 22 der Profilierrollen 20', 20" orthogonal zur Förderrichtung F ausgerichtet und paarweise einander zugewandt sind.
  • In nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Schwenktische 16 und damit ebenfalls die von ihnen getragenen Profiliereinheiten 18 alternierend zueinander, beispielsweise im Zick-Zack-Muster, angeordnet. Ferner ist für die Ausführbarkeit der Erfindung nicht wesentlich, dass die Profiliereinheiten 18 in zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Reihen, in Reihen parallel zur Förderrichtung F oder mit den Stirnflächen 22 der Profilierrollen 20', 20" orthogonal zu derselben angeordnet sind. Ferner ist denkbar, die Profiliereinheiten 18 auf unterschiedlichen Höhenniveaus oder geneigt zur Vertikalen anzuordnen. Je nach speziellem Anwendungsbereich, Einsatzort oder Profilform können die Profiliereinheiten 18 in nahezu jedweder dreidimensionaler Ausrichtung angeordnet und/oder verkippt sein, wobei die Ausrichtung und/oder die Position für jede Profiliereinheit 18 individuell sein kann.
  • Die Profiliervorrichtung 10 ist dazu vorgesehen und dazu eingerichtet, ein Halbzeug 12 entlang der Förderrichtung F zu fördern und dabei zu profilieren, um das Profil 12', 12'' zu erhalten. Unter Profilieren wird in diesem Zusammenhang jegliche Art der Formveränderung des zum Zeitpunkt des Einspannens in die Vorrichtung 10 planen Halbzeugs 12, insbesondere eines Walzblechs, mit bis zu 5 mm Dicke verstanden.
  • Zu diesem Zweck ist jeder Verbund aus Schwenktisch 16 und Profiliereinheiten 18 in zumindest zwei Freiheitsgraden bewegbar, nämlich translatorisch verfahrbar und verschwenkbar.
  • Wie am besten in der Figur 2 erkennbar ist, sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die von dem Gestell 14 getragenen Schwenktische 16 jeweils entlang einer Translationsachse Tn verfahrbar, die hier senkrecht zur Förderrichtung F verläuft. Außerdem sind die Schwenktische 16 um eine erste Drehachse D1n verschwenkbar, wobei n ≥ 2 für den n-ten Verbund aus einem Schwenktisch 16 und zwei Profiliereinheiten 18 steht.
  • Jeder Schwenktisch 16 kann mittels eines Translationsantriebs 24 entlang der Translationsachsen Tn verfahren werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Schwenktisch 16 dabei jeweils mittels einer Kugelumlaufspindel 26, die parallel zur Translationsachse Tn verläuft, entlang der Translationsachse Tn verfahren. Hierzu wird die Kugelumlaufspindel 26 von einem Elektromotor 28 in Rotation versetzt. Dies bewirkt eine translatorische Bewegung des Schwenktischs 16 entlang der Kugelumlaufspindel 26 in einer an sich bekannten Weise.
  • Zur Erzeugung einer motorisierten Linearbewegung entlang der Translationsachsen Tn ist es aber auch möglich, einen Rollengewindetrieb, einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, einen Linearmotor oder einen anderen elektromechanischen Linearantrieb zu verwenden.
  • Die Schwenktische 16 sind jeweils zum translatorischen Verfahren an zwei seitlichen Schienenelementen 30, die an dem Gestell 14 ausgebildet sind, mittelbar verfahrbar gelagert. Beispielhaft haben die zwei Schienenelemente 30 hier ein I-förmiges Profil, das von Schienenführungen 32 umfasst wird und mit diesen ein Gleitlager bildet. Alternativ können natürlich auch Führungen mit Wälzlagern eingesetzt werden.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jeder Verbund aus Stützvorrichtung 16 und den zwei Profiliereinheiten 18 auf einem zwischen dem Gestell 12 und der Stützvorrichtung 16 angeordneten Tragelement angeordnet, das vorliegend als plattenförmiger Tragtisch 34 ausgebildet ist. An der Unterseite der Tragtische 34 sind die Schienenführungen 32 ausgebildet, wodurch jeder Tragtisch 34 gemeinsam mit dem davon getragenen Schwenktisch 16 entlang der Translationsachse Tn relativ zu dem Gestell 14 translatorisch verfahren werden kann. Ein Tragelement, das nicht notwendigerweise als Tragtisch ausgebildet sein muss, wird benötigt, um den jeweiligen Schwenktisch 16 unabhängig voneinander translatorisch verfahrbar und verschwenkbar zu machen.
  • Wie am besten in der Figur 2 zu erkennen ist, weist jeder Schwenktisch 16 ein erstes Drehelement in Form einer ersten axialen Drehwelle 36 auf, die in einem Drehlager 38 des Tragtisches 34 drehbar aufgenommen ist. Die Drehwelle und das Drehlager 38 definieren gemeinsam die erste Drehachse D1n des Schwenktischs 16, die ihrerseits parallel zu einer ersten Drehrichtung verläuft.
  • Mittels eines ersten Schwenkantriebs 40 ist der Schwenktisch 16 relativ zu dem Tragtisch 34 und damit auch relativ zu dem Gestell 14 um die erste Drehachse D1n verschwenkbar. Die Schwenkbewegung wird dabei motorisch von dem Schwenkantrieb 40 erzeugt. In der Figur 2 ist der Schwenkantrieb 40 nur schematisch angedeutet. Der Schwenkantrieb kann beispielsweise einen hydraulisch angesteuerten Hebel umfassen, der den Tragtisch 34 mit dem Schwenktisch 16 verbindet. Auch ein Antrieb mit Hilfe einer Kugelumlaufspindel kommt für die Erzeugung der Schwenkbewegung in Betracht.
  • Die erste Drehachse D1n verläuft durch einen Punkt 42 des langgestreckten Schwenktischs 16, dessen Abstand AD zu einer Seite 44 von zwei kürzeren gegenüberliegenden Seiten 44, 44' mindestens doppelt so groß ist wie der Abstand AD' zur jeweils anderen Seite 44'.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die zwei Profiliereinheiten 18 mittels eines zweiten Schwenkantriebs 45 ebenfalls um zweite Drehachsen D2n verschwenkbar, die jeweils von zweiten Drehelementen in Form zweiter axialer Drehwellen 46 definiert sind. Ähnlich den ersten Drehachsen D1n verlaufen die zweiten Drehachsen D2n jeweils durch einen Punkt 48 der Profiliereinheiten 18, dessen Abstand AP zu einer Seite 50 von zwei kürzeren gegenüber liegenden Seiten 50, 50' mehr als doppelt so groß ist wie der Abstand AP' zur jeweils anderen Seite 50'.
  • Diese exzentrische Anordnung der zweiten Drehachsen D2n bewirkt unterschiedliche rotatorische Verschwenkwege der beiden Seiten 50, 50'. Ein an der Seite 50 mit dem längeren Verschwenkweg angeordneter Aktor kann dadurch wegen des längeren Hebels den Schwenkwinkel der Profiliereinheit 18 und damit der Rollen 20', 20'' besonders genau einstellen.
  • In Figur 3 ist ein Bereich 56 zwischen dem Schwenktisch 16 und dem Tragtisch 34 gezeigt. Zur Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit und der Reduktion von Vibrationen weist jeder Schwenktisch 16 erfindungsgemäß mindestens zwei, im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Stützvorrichtungslagerpunkte L1D, L2D und L3D auf, an denen der Schwenktisch 16 abstützend gelagert ist und die von drei Abstützelementen 52, 52'; 54 bereitgestellt werden.
  • In der Figur 3 ist ferner eine zwischen dem Schwenktisch 16 und dem Tragtisch 34 angeordnete Parallelogramm-Schwenkeinrichtung 58 erkennbar, welche die ersten zwei Stützvorrichtungslagerpunkte L1D, L2D bereitstellt. Zum zweifachen Lagern weist die Parallelogramm-Schwenkeinrichtung 58 ein als Quer-Schienenelement 60 ausgebildetes erstes Führungselement auf, das am Tragtisch 34 befestigt ist und quer zur Förderrichtung F verläuft, sowie zwei als Längs-Schienenelemente 62 ausgebildete zweite Führungselemente, die am Schwenktisch 36 befestigt sind und längs der Förderrichtung F verlaufen. Alternativ kann das Quer-Schienenelement 60 aber auch durch die vom Gestell 14 bereitgestellten Schienenelemente 30 ausgebildet sein.
  • Das Quer-Schienenelement 60 und die Längs-Schienenelemente 62 sind über zwei Schwenkelemente, die als Führungsschlitten 64 ausgebildet sind, miteinander verschiebbar verbunden, wobei die Führungsschlitten 64 jeweils entlang der Schienenelemente 60, 62 verfahrbar angeordnet sind. Hierzu weisen die Führungsschlitten 64 erste Verbindungsmittel auf, die als Quer-Greifer 66 ausgebildet sind und die Längs-Schienenelemente 62 umgreifen, und zweite Verbindungsmittel, die als Längs-Greifer 68 ausgebildet sind und die Quer-Schienenelemente 60 umgreifen. Diese Greifer 66, 68 bewirken, dass die Führungsschlitten 64 durch eine Zugkraft, die im Wesentlichen in entgegengesetzter Richtung zur Richtung der Gravitationskraft oder in einem Winkel α < 90° zu dieser Richtung wirkt, nicht von den Schienenelementen 60, 62 gelöst werden können. Hierzu wäre es erforderlich, die Führungsschlitten 64 in jeweiliger Verfahrrichtung aus den Schienenelementen 60, 62 herauszufahren.
  • Dadurch ist der Schwenktisch 16 mit dem Tragtisch 34 formschlüssig und besonders stabil verbunden, was der Ausbildung von Vibrationen entgegenwirkt.
  • Damit der Schwenktisch 16 eine Dreh- oder Schwenkbewegung ausführen kann, weisen die Führungsschlitten 64 Drehstrukturen 70 auf, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Paar von axialen Drehzylindern 70a, 70b ausgeführt sind, wobei jeweils ein Drehzylinder 70a derart in den jeweils anderen Drehzylinder 70b hineinragt, dass eine Drehung der Drehzylinder 70a, 70b relativ zueinander ermöglicht wird. Bei einem Verschwenken des Drehtischs 16 gegen den Uhrzeigersinn bewegen sich beide Führungsschlitten 64 vom Betrachter weg, wobei die Drehbewegung des Schwenktischs 16 durch eine Kombination aus einer rotatorischen Verdrehung der Drehzylinder 70a, 70b zueinander und einer translatorischen Bewegung der Führungsschlitten 64 entlang der Längs-Schienenelemente 62 bewirkt wird. Ein Verschwenken im Uhrzeigersinn erfordert entsprechend umgekehrte Bewegungsabläufe der Elemente der Parallelogramm-Schwenkeinrichtung 58.
  • Wie man am besten in der Seitenansicht der Figur 4 erkennt, ist der zweite Schwenkantrieb 45 im vorliegenden Ausführungsbeispiel unterhalb der Profiliereinheit 18 angeordnet. In der perspektivischen Darstellung der Figur 5a und der Draufsicht der Figur 5b ist erkennbar, dass der zweite Schwenkantrieb 45 jeweils ein erstes und ein zweites Antriebselement aufweist, das hier als Zahnrad 72 bzw. als gekrümmte Zahnstange 74 ausgeführt ist, die von dem Zahnrad 72 gekämmt wird. Die gekrümmte Zahnstange 74 ist mit Befestigungsmitteln 82 und über Axialbohrungen 84 an einem Stützfuß 86 der Profiliereinheit 18 befestigt.
  • An dem Schwenktisch 16 ist ein Zahnrad 72 befestigt, das von einem in der Figur 4 dargestellten Motor 47 über einen Zahnradachsstift 76 angetrieben wird. Eine Drehung des Zahnrades 72 bewirkt ein Verschwenken der Profiliereinheit 18 um die zweite Drehachse D2n.
  • Bei einer durch das Zahnrad 72 erzeugten Schwenkbewegung der Profiliereinheit 18 läuft die gekrümmte Zahnstange 74 auf Schwenkrollen 78, 78' ab, die zweite Abstützelemente bilden und unterhalb der gebogenen Zahnstange 74 an dem Schwenktisch 16 befestigt sind. Die Drehrichtungen der Drehachsen 80, 80' der Schwenkrollen 78, 78' verlaufen dabei im Wesentlichen durch die zweite Drehachse D2n. Dies bewirkt im Vergleich zu einer parallelen Ausrichtung der Drehachsen 80, 80' zueinander, dass die gekrümmte Zahnstange 74 mit weniger Reibwiderstand auf Schwenkrollen 78, 78' abrollen kann.
  • Zusätzlich zur Reibungsminderung besitzen die Schwenkrollen 78, 78' im vorliegenden Ausführungsbeispiel noch eine weitere Funktion: sie stellen für die Profiliereinheit 18 einen ersten Profiliereinheitslagerpunkt L1F und einen zweiten Profiliereinheitslagerpunkt L2F bereit. Die sowohl mit dem Schwenktisch 16 als auch der Profiliereinheit 18 verbundene zweite axiale Drehwelle 46 bildet ein drittes Abstützelement 79 der zweiten Abstützelemente 78, 78'; 79 aus und stellt damit einen dritten Profiliereinheitslagerpunkt L3F bereit.
  • Die drei relativ weit auseinander liegenden Profiliereinheitslagerpunkte L1F, L2F und L3F nehmen die statischen und dynamischen Kräfte auf und tragen zur Stabilität der Vorrichtung 10 bei.
  • Wie man in der Figur 4 erkennt, weisen die Profiliereinheiten 18 jeweils ein Gerüstelement in Form eines Winkels 92 auf, an dem jeweils zwei zweite Schwenkrollen 94 befestigt sind, die zwei Widerlagerpunkte 96 bereitstellen. Gemeinsam mit den oben erwähnten Schwenkrollen 78, 78' auf der Unterseite der Zahnstange 74 sichern die zwei weiteren Schwenkrollen 94 gegen Verkippungen der Profiliereinheit 18 um eine senkrecht zur Papierebene angeordnete Kippachse, wenn an den Rollen 20', 20'' Umformkräfte vertikaler Richtung wirken. Auch durch diese Maßnahme wird die Neigung zu unerwünschten Vibrationen verringert.
  • Wie in den Figuren 2 und 4 zu erkennen ist, verläuft die Drehachse D2n, um welche die Profiliereinheiten 18 verschwenkbar ist, durch einen Bearbeitungspunkt 98, 100, der sich in einem zwischen dem Paar 20 von Rollen 20', 20" der Profiliereinheiten 18 ausgebildeten Walzspalt 102 befindet.
  • Die Rollen 20', 20" weisen jeweils mehrere Abschnitte auf: einen ersten in Umfangsrichtung umlaufenden Umformabschnitt 104 und einen von diesem verschiedenen zweiten in Umfangsrichtung umlaufenden Umformabschnitt 106. Ein von den Umformabschnitten 104, 106 verschiedener dritter in Umfangsrichtung umlaufender Umformabschnitt 108 kann außerdem jeweils am Übergang vom ersten Umformabschnitt 104 zum zweiten Umformabschnitt 106 ausgebildet sein.
  • Am Übergang vom ersten Umformabschnitt 104 auf den zweiten Umformabschnitte 106 kann eine erste Umformkante 110 ausgebildet sein, welche einen großen Teil der zum Profilieren benötigten Umformkräfte auf das zu profilierende Halbzeug 12 überträgt. In der vorliegenden Ausführungsform bildet der Übergang den dritten Umformabschnitt 108 aus. Entsprechend ist eine zusätzliche zweite Umformkante 112 am Übergang vom dritten Umformabschnitt 108 zum zweiten Umformabschnitt 106 ausgebildet.
  • Bei der in der in Figur 4 dargestellten und besonders bevorzugten Ausführungsform verläuft die Drehachse D2n durch einen Bearbeitungspunkt 98, 100, der sich an einer der Umformkanten 110, 112 befindet. Somit kann der Winkel der Profiliereinheiten 18 optimal an eine fortschreitende und sich verändernde zu profilierende Profilaußenkante 114 angepasst werden, weil die Profiliereinheiten 18 bei sich verändernder Krümmung der Profilaußenkante 114 stets exakt um einen der Umformpunkte 98, 100 verschwenkt werden können.
  • In Figur 6 ist jeweils beispielhaft ein aus einem Halbzeug 12 gefertigtes Profil 12' mit einem entlang seiner Längsachse LK variierenden Querschnitt und ein Profil 12" mit einer variierenden Längsachse XV dargestellt. Nicht eigens gezeigt sind Profile, die sowohl eine variierende Längsachse XV als auch einen über die variierende Längsachse XV variierenden Querschnitt aufweisen, gleichwohl die Vorrichtung 10 ebenfalls dazu geeignet ist, derartige Profile herzustellen.
  • Unter sich verändernden Längsachsen XV werden in diesem Zusammenhang durchgängige Längsachsen XV mit Krümmung verstanden. Die Längsachsen XV können dabei Krümmungen nicht nur in zwei Dimensionen, sondern auch in drei Dimensionen haben.
  • In Figur 7 ist beispielhaft eine mögliche und mit 116 bezeichnete Profilblume dargestellt, die in vereinfachter Darstellung unterschiedliche Profilierschritte für das Profilieren eines Profils 12', 12" veranschaulicht. Für jeden der Profilierschritte wird ein gesondertes Paar 20 von einander entsprechenden Profilierrollen 20', 20'' benötigt, die jeweils einen Walzspalt 102 ausbilden, dessen Form im Längsschnitt der des Profils 12', 12" im jeweiligen Profilierschritt entspricht.
  • In Figur 8 ist eine Draufsicht eines aus dem Stand der Technik bekannten Verbunds aus einer Stützvorrichtung 16 und drei von ihr getragenen Profiliereinheiten 18 dargestellt. Es ist erkennbar, dass durch die Drehbarkeit der Stützvorrichtung 16 immer nur eine Profiliereinheit 18 optimal zur Profilaußenkante 114 ausgerichtet werden kann. Wenn die Krümmung der Profilaußenkante 114 jedoch groß ist (d.h. kleine Krümmungsradien rK), lassen sich nicht alle Profiliereinheiten gleichzeitig so zur Profilaußenkante 114 ausrichten, dass eine optimale Umformung (oder überhaupt eine Umformung) möglich ist.
  • Im Vergleich hierzu veranschaulicht Figur 9 einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in einer Draufsicht. Da jeder Schwenktisch 16 nur zwei Profiliereinheiten 18 trägt, die zudem individuell verschwenkbar sind, verfügt die Vorrichtung 10 insgesamt - bei gleicher Zahl von Profiliereinheiten - im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art über wesentlich mehr Freiheitsgrade, die für eine Anpassung der Profiliereinheiten 18 an die Profilaußenkante 114 genutzt werden können. Unterstellt man, dass die Profiliereinheiten um beliebige Schwenkwinkel verschwenkt werden können, so lassen sich zwei Profiliereinheiten 18 auf einem Schwenktisch 16 an beinahe beliebig kleine Krümmungsradien anpassen. Wenn hingegen wie beim Stand der Technik drei Profiliereinheiten auf einem Drehtisch befestigt sind, so gilt dies selbst dann nicht, wenn die Profiliereinheiten ebenfalls um beliebige Winkel auf dem Drehtisch verschwenkbar wären.
  • Um die in der Figur 9 dargestellte Anpassung der Lage der Profiliereinheiten an die Profilaußenkante 114 zu erzielen, werden mehrere einzelne Bewegungen hintereinander oder gleichzeitig durchgeführt. Der in der Figur 9 oben dargestellte Verbund aus Schwenktisch 16 und Profiliereinheiten 18 vollführt beispielsweise die folgenden Bewegungen:
    1. 1. eine translatorische Bewegung des Schwenktischs 16 in Richtung der zu profilierenden Profilaußenkante 114;
    2. 2. eine Schwenkbewegung des Schwenktischs 16 im Uhrzeigersinn;
    3. 3. eine Schwenkbewegung der oberen der beiden Profiliereinheiten 18 im Uhrzeigersinn; und
    4. 4. eine Schwenkbewegung der unteren der beiden Profiliereinheiten 18 gegen den Uhrzeigersinn.
  • Der in der Figur 9 unten dargestellte Verbund aus Schwenktisch 16 und Profiliereinheiten 18 vollführt beispielsweise die folgenden bezogenen Bewegungen:
    1. 1. eine translatorische Bewegung des Schwenktischs 16 in Richtung der zu profilierenden Profilaußenkante 114;
    2. 2. eine Schwenkbewegung des Schwenktischs 16 gegen den Uhrzeigersinn;
    3. 3. eine Schwenkbewegung der unteren der beiden Profiliereinheiten 18 gegen den Uhrzeigersinn.
  • Dieser Bewegungsablauf bewirkt die in Figur 9 beispielhaft dargestellte Anpassung der Profiliereinheiten 18 an die Krümmung der Profilaußenkante 114.
  • In einem nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Schwenktische 16 entlang weiterer Translationsrichtungen zu verfahren. Auch ist es möglich, die Schwenktische 16 derart auszugestalten, dass sie ferner um eine parallel zur Profilierebene EP und in Richtung der Förderrichtung F verlaufende Drehachse drehbar sind. Dadurch können die Schwenktische 16 und die davon getragenen Profiliereinheiten 18 in Richtung der Profilierebene EP oder von dieser weg gekippt werden.

Claims (10)

  1. Vorrichtung (10) zum flexiblen Rollformen eines Halbzeugs (12), insbesondere eines Walzblechs, zu einem Profil (12', 12") mit einem entlang seiner Längsachse variierenden Querschnitt und/oder mit variierender Längsachse, mit
    einem Gestell (14),
    mehreren Stützvorrichtungen (16), die von dem Gestell (14) getragen sind, wobei die Stützvorrichtungen (16) jeweils relativ zu dem Gestell (14) translatorisch verfahrbar und drehbar gelagert sind,
    mehreren Profiliereinheiten (18), die jeweils ein Paar (20) von drehbar gelagerten Rollen (20', 20") aufweisen, zwischen denen ein Walzspalt (102) verbleibt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    auf jeder Stützvorrichtung (16) genau zwei Profiliereinheiten (18) relativ zu der Stützvorrichtung (16) drehbar gelagert angeordnet sind.
  2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stützvorrichtung (16) um eine erste Drehachse (D1n) drehbar gelagert ist, die parallel zu einer ersten Drehrichtung angeordnet ist, mindestens eine Profiliereinheit (18) um eine zweite Drehachse (D2n) drehbar gelagert ist, die parallel zu einer zweiten Drehrichtung angeordnet ist,
    die Stützvorrichtung (16) parallel zu einer Translationsrichtung translatorisch verfahrbar ist,
    die erste Drehrichtung mit der Translationsrichtung einen ersten Winkel und die zweite Drehrichtung mit der Translationsrichtung einen zweiten Winkel einschließt, und dass
    die zweite Drehachse (D2n) jeweils durch einen Bearbeitungspunkt (98, 100) im Walzspalt (102) zwischen dem Paar (20) von drehbar gelagerten Rollen (20', 20") der mindestens einen Profiliereinheit (18) verläuft.
  3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Paare (20) von drehbar gelagerten Rollen (20', 20") jeweils eine erste Rolle (20') und eine von der ersten Rolle verschiedene zweite Rolle (20'') umfassen, dass
    die ersten und zweiten Rollen (20', 20") mindestens jeweils einen in Umfangsrichtung umlaufenden ersten Umformabschnitt (104) und einen in axialer Richtung dazu versetzt angeordneten und in Umfangsrichtung umlaufenden zweiten Umformabschnitt (106) aufweisen, dass
    der Bearbeitungspunkt (98, 100) am Übergang vom ersten Umformabschnitt (104) zum zweiten Umformabschnitt (106) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützvorrichtungen (16) jeweils an mindestens zwei Stützvorrichtungslagerpunkten (L1D, L2D, L3D) abstützend gelagert sind.
  5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Stützvorrichtungen (16) jeweils zwei erste Abstützelemente (52, 52') aufweisen, wobei die zwei ersten Abstützelemente (52, 52') einen ersten Stützvorrichtungslagerpunkt (L1D) und einen zweiten Stützvorrichtungslagerpunkt (L2D) bereitstellen, und dass
    die Stützvorrichtungen (16) jeweils ein erstes Drehelement (36) aufweisen, das die erste Drehachse (D1n) definiert und einen dritten Stützvorrichtungslagerpunkt (L3D) bereitstellt.
  6. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profiliereinheiten (18) jeweils an mindestens zwei Profiliereinheitslagerpunkten (L1P, L2P, L3P) abstützend gelagert sind.
  7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Profiliereinheiten (18) jeweils zwei zweite Abstützelemente (78, 78') aufweisen, wobei die zwei zweiten Abstützelemente (78, 78') einen ersten Profiliereinheitslagerpunkt (L1P) und einen zweiten Profiliereinheitslagerpunkt (L2P) bereitstellen, und dass
    jede Profiliereinheit (18) ein zweites Drehelement (46) aufweist, das die zweite Drehachse (D2n) definiert und einen dritten Profiliereinheitslagerpunkt (L3P) bereitstellt.
  8. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stützvorrichtung (16) jeweils genau zwei Gerüstelemente (92) angeordnet sind, die jeweils mindestens zwei von den Lagerpunkten (L1D, L2D, L3D; L1P, L2P, L3P) verschiedene Widerlagerpunkte (96) für die Profiliereinheiten bereitstellen.
  9. Verfahren zum flexiblen Rollformen eines Halbzeugs (12), insbesondere eines Walzblechs, zu einem Profil (12', 12") mit einem entlang seiner Längsachse variierenden Querschnitt und/oder mit variierender Längsachse, mit folgenden Schritten:
    a) Bereitstellen eines Gestells (14) und mehrerer davon getragener Stützvorrichtungen (16), wobei die Stützvorrichtungen (16) jeweils genau zwei Profiliereinheiten (18) tragen, die jeweils ein Paar (20) von drehbar gelagerten Rollen (20', 20") aufweisen, zwischen denen ein Walzspalt (102) verbleibt;
    b) Translatorisches Verfahren und Drehen der Stützvorrichtungen (16) relativ zu dem Gestell (14) und Drehen der genau zwei Profiliereinheiten (18) relativ zu der jeweiligen Stützvorrichtung (16), während das Halbzeug (12) entlang einer Förderrichtung (F) durch den Walzspalt (102) geführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet wird.
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