WO2015003276A1 - Verfahren zur herstellung von ringförmigen teilen und eine anwendung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur herstellung von ringförmigen teilen und eine anwendung des verfahrens Download PDF

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Daniel STÄUBLI
Jean-Frédéric Clerc
Thomas Fritschi
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Definitions

  • the present invention relates to a method for
  • This method includes elaborate molds with a control device and an additional
  • the invention presented here describes a method that allows, in a continuous
  • Fig. 2 is a schematic representation of
  • Fig. 3 is a first cross section of an inventive
  • Fig. 4 is a second cross section of an inventive
  • Fig. 5 is a longitudinal section of an inventive
  • Fig. 6 is a schematic representation of a coil with the
  • FIG. 7 shows an annular workpiece produced with a combination machine according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the production of annular parts according to the prior art.
  • Thin plate is supplied from a decoiler 1 in the form of a coil 7 of the cutting machine 2, where the sheet 10 is cut to the required initial dimension.
  • the sheet 10 is subjected to a mechanical and / or thermal rounding process in a rounding machine 3 in one or more steps, so that an annular open workpiece 34 with two longitudinal edges 29a, 29b is formed, which is then in a
  • annular member 35 is formed, which optionally in an additional
  • FIG. 2 shows, again in a schematic representation, the inventive production of annular parts.
  • the starting material is thin sheet metal with a thickness of
  • an additional processing in an expansion machine 5 can take place in an additional work step.
  • Fig. 3 shows a cross section of the inventive
  • the coil start piece 27 has a non-straight edge 30 which is unsuitable for optimum welding and is therefore fixed by means of the clamping device 22 and integrated in the carrier 17
  • Cutting head 24 is cut off and deposited in a waste tray IIa, IIb, or promoted via flap 20 from the machine, wherein the cutting of the first good piece 31, a straight welding edge 29a is formed.
  • the workpiece 16 is further promoted after opening the clamping device 22 to the
  • FIG. 4 shows in a further cross section a
  • inventive combination machine 9 wherein the workpiece 16 has been further promoted in comparison with the position shown in Fig. 3 by half a rotation in the direction of rotation R and has an approximately semicircular cross-section.
  • elliptical workpiece 34 can be separated from the coil 7 to form two straight welding edges 29a, 29b and to form a gap B. Having closed by another small rotation in the direction of rotation R of the gap B between the two welding edges 29a, 29b to a small residual gap is, wherein the workpiece 34 with a slightly elliptical cross section to a
  • annular workpiece 35 is deformed with a circular cross-section and then fixed by means of the clamping device 22, after which the force on the holding device 14 can be reduced or canceled.
  • Fig. 5 shows the carrier 17 of the inventive
  • welding device in longitudinal section, wherein the source 23, preferably a laser source, is designed switchable so that they either with the in the transverse direction Q
  • displaceable cutting head 24 or with the also displaceable in the transverse direction Q welding head 25 is mechanically and electrically connected, and also configured with a feeder 26 for additional material with the purpose to fill the gap resulting from the joining of two edges when welding with additional material as needed and so to close the rest gap, what an optimal
  • the workpiece 16 is between the upper and the lower part of
  • FIG. 6 shows, in a schematic illustration, a coil 7 of which, in a first processing step, the coil
  • a first good piece 31 was cut with the straight welding edges 29a, 29b.
  • the coil end piece 28 is with the non-straight Edge 30, the last good piece 32 of the coil 7 and the penultimate good piece 33 shown, each with the two straight welding edges 29a, 29b.
  • Fig. 7 shows a slightly elliptical workpiece 34 produced by the innovative method in the combination machine 9 after cutting and rounding but before welding, and an annular part 35 after

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

Abstract

Verfahren, um ein kontinuierlich ab einem Coil gefördertes Blechband (16) mit demselben Equipment (9) für das Runden, das Schneiden und das Schweissen in einer einzigen Kombimaschine zu bearbeiten und somit Endprodukt mit der notwendigen Qualität auf effiziente Weise zu produzieren.

Description

Verfahren zur Herstellung von ringförmigen Teilen und eine Anwendung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung von ringförmigen oder rohrförmigen Teilen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere ein Verfahren zum Schneiden, Runden und Schweissen von dünnem Stahlband ab einem Coil sowie eine Anwendung des Verfahrens.
Allgemein bekannt ist, dass bei Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen, zylinderförmigen oder ringförmigen
Gegenständen aus ebenen oder aus aufgewickelten
Ausgangsmaterialien mehrere aufwändige Arbeitsschritte notwendig sind, um erstens das Zuschneiden auf die
gewünschten Ausgangsdimensionen durchzuführen, zweitens um die gewünschte Biegung als Summe von mehreren
Teilbiegeprozessen zu erreichen und drittens um das
gerundete Teil mittels einer geschweissten Längsnaht zu versehen, wodurch dann das fertige rohrförmige Produkt entsteht. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten
Biegeverfahren liegt darin, dass die geforderte
Formgenauigkeit auch bei der Aufteilung des ganzen
Biegeprozesses auf mehrere einzelne Biegeschritte oft nicht oder nur mit beträchtlichem mechanischem und elektronischem Aufwand erreicht werden kann. Die bekannten
Rundbiegeverfahren sind für einen vollautomatischen Einsatz in Fertigungsstrassen nur bedingt geeignet, weil
insbesondere bei einem Produktwechsel infolge
Werkzeugwechsel die auf Grund der aufwändigen Formprozesse bereits relativ langen Maschinenzeiten weiter erhöht werden und damit die Wirtschaftlichkeit weiter reduziert wird.
Bekannte Verfahren zum Formen von Blechen sind das
klassische Zweiwalzen- oder das Dreiwalzen-Biegeverfahren - auch Runden genannt. Nachteilig bei diesen Verfahren ist, dass unterschiedliche Rohrdurchmesser ein Auswechseln von Teilen der Vorrichtung - insbesondere der Spannwerkzeuge - erfordert, womit auch die Wirtschaftlichkeit der Anlage abnimmt. Eine Erfindung, welche für unterschiedliche
Rohrdurchmesser das Auswechseln von Teilen der Vorrichtung vermeidet, ist in der Patentschrift EP 0 701 878 Bl
beschrieben. Bei dieser Ausgestaltung werden flache oder rohrförmig vorgeformte Blechzuschnitte über eine
zusätzliche Bestückungsanlage der Schweissanlage zugeführt. Das Zuschneiden und Vorformen erfolgt also ausserhalb der beschriebenen Anlage, was insgesamt einen grösseren
Investitionsaufwand zur Folge hat und sich somit nachteilig auf die Investitionskosten der ganzen Anlage auswirkt.
In der Patentschrift DE 10 2008 027 807 B4 ist ein
Verfahren zum Herstellen von Stahlrohren beschrieben, bei dem ein Blech oder Coil in einem Biegevorgang zu einem Rohrkörper eingeformt, in einem nachfolgenden
Schweissvorgang mit einer Längsnaht versehen und
anschliessend einer Entspannungsbehandlung unterzogen wird. Dieses Verfahren beinhaltet aufwändige Formwerkzeuge mit einer Regelungsvorrichtung sowie eine zusätzliche
Entspannungsbehandlung zur Reduktion der durch das
Einformen des Blechmaterials mechanisch erzeugten Spannungen. Ein solches auf ändiges Verfahren ist für dickwandige Rohre sinnvoll, für dünnwandige Rohre gemäss vorliegender Erfindung aber weniger geeignet.
Es ist offensichtlich, dass diese vorgängig erwähnten
Verfahren mit einem nicht unerheblichen Aufwand verbunden sind. Es liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, das die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen
Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die hier vorgestellte Erfindung beschreibt ein Verfahren das es erlaubt, in einem kontinuierlichen
Verarbeitungsprozess dünnwandiges, blechförmiges
Ausgangsmaterial mittels demselben Equipment - einer
Kombimaschine - in einem ersten Subprozess auf die
gewünschten Dimensionen zu schneiden, anschliessend in einem zweiten Subprozess zu runden und zuletzt in einem dritten Subprozess mit einer geschweissten Längsnaht zu versehen. Dadurch entstehen geringere Investitionskosten für Maschinen und es entstehen auch geringere variable Kosten im Betrieb einer solchen erfinderischen Anlage, da in der Produktion bei sich ändernden Produktionslosen keine Werkzeuge gewechselt werden müssen. Insgesamt ergibt sich mit diesem innovativen Verfahren ein günstiges Kosten - Nutzen Verhältnis für solche Endprodukte, die von den Toleranzen her nicht sehr hohe Anforderungen verlangen, beispielsweise für Trommeln von Waschmaschinen oder von Geschirrspülmaschinen .
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen weiter erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Herstellung von ringförmigen Teilen gemäss Stand der Technik,
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur
erfindungsgemässen Herstellung von ringförmigen Teilen,
Fig. 3 ein erster Querschnitt einer erfindungsgemässen
Kombimaschine zur Herstellung von ringförmigen Teilen,
Fig. 4 ein zweiter Querschnitt einer erfindungsgemässen
Kombimaschine zur Herstellung von ringförmigen Teilen,
Fig. 5 ein Längsschnitt einer erfindungsgemässen
Kombimaschine zur Herstellung von ringförmigen Teilen,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Coils mit dem
Coil-Anfangsstück und dem Coil-Endstück sowie Fig. 7 ein ringförmiges Werkstück hergestellt mit einer erfindungsgemässen Kombimaschine .
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Herstellung von ringförmigen Teilen gemäss Stand der Technik. Dünnes Blech wird ab einem Decoiler 1 in Form eines Coils 7 der Schneidemaschine 2 zugeführt, wo das Blech 10 auf die benötigte Ausgangsdimension zugeschnitten wird.
Anschliessend wird das Blech 10 in einer Rundmaschine 3 in einem oder mehreren Schritten mit einem mechanischen und / oder wärmetechnischen Rundungsprozess beaufschlagt, so dass ein ringförmiges offenes Werkstück 34 mit zwei Längskanten 29a, 29b entsteht, die anschliessend in einer
Schweissmaschine 4 mittels einer Schweissnaht 36
zusammengeschweisst werden, wodurch ein ringförmiges Teil 35 entsteht, das optional in einem zusätzlichen
Verarbeitungsschritt mittels einer Expansionsmaschine 5 weiterbearbeitet wird. Fig. 2 zeigt, wiederum in schematischer Darstellung, die erfinderische Herstellung von ringförmigen Teilen. Als Ausgangsmaterial wird dünnes Blech mit einer Dicke im
Bereich von 0.4 mm bis 1 mm ab einem Decoiler 1 in Form eines Coils 7 kontinuierlich der Kombimaschine 9 zugeführt, wobei das Werkstück in ein und derselben Kombimaschine 9 über einen Rollenmechanismus zugeführt, geklemmt,
gefördert, auf die benötigte Ausgangsdimension
zugeschnitten, auf einer rotierenden Rundungsmaschine zu einem ringförmigen oder zylindrischen Teil geformt, geschweisst und so mit einer Längsnaht 36 versehen wird. Anschliessend wird das ringförmige Teil 35 über einen
Mechanismus automatisch oder manuell aus der Kombimaschine 9 entnommen. Optional kann bei diesem Verfahren in einem zusätzlichen Arbeitsschritt eine Weiterverarbeitung in einer Expansionsmaschine 5 erfolgen.
Anstelle der Zuführung des Ausgangsmaterials ab einem Coil 7 ist alternativ auch die Zuführung von vorgeschnittenen Platten 8 erwähnt.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemässen
Kombimaschine 9 zur Herstellung von ringförmigen Teilen 35, wobei das Werkstück 16 in Förderrichtung F der
Kombimaschine 9 automatisch zugeführt und über die
Führungsrollen 19a und die Rollenführungen 18a, 18b und über die Vorschubrollen 19b zwischen der Klemmvorrichtung 22 hindurch bis über die Vorschubrolle 15 hinaus gefördert wird. Das Coil-Anfangsstück 27 weist in der Regel eine für eine optimale Schweissung ungeeignete, nicht-gerade Kante 30 auf und wird deshalb mittels der Klemmvorrichtung 22 fixiert und mittels dem im Träger 17 integrierten
Schneidkopf 24 abgeschnitten und in einer Abfallmulde IIa, IIb deponiert, oder über Klappe 20 aus der Maschine gefördert, wobei durch das Schneiden am ersten guten Stück 31 eine gerade Schweisskante 29a entsteht. In einem nächsten Prozessschritt wird das Werkstück 16 nach öffnen der Klemmvorrichtung 22 weiter gefördert an das
Rundwerkzeug 21 bis zur Haltevorrichtung 14 am Ende des drehbaren Magnetbalkens 13, wobei das vordere Ende des Werkstückes 16 durch pneumatische und /oder magnetische Kraftwirkung mittels der Haltevorrichtung 14 festgehalten wird und mittels des in Drehrichtung R drehenden
Rundwerkzeuges 21 weiter gefördert wird. Fig. 4 zeigt in einem weiteren Querschnitt eine
erfindungsgemässe Kombimaschine 9, wobei das Werkstück 16 im Vergleich mit der in Fig. 3 dargestellten Position um eine halbe Drehung in Drehrichtung R weiter gefördert wurde und einen näherungsweise halbkreisförmigen Querschnitt aufweist. Durch kontinuierliche Förderung des Werkstücks 16 in Förderrichtung F erfolgt eine weitere halbe Drehung in Drehrichtung R, sodass das Werkstück 16 den gewünschten Umfang aufweist und nun durch Ausüben einer Kraft mittels der Klemmvorrichtung 22 so fixiert werden kann, dass mittels Schneidkopf 24 das gerundete, leicht
ellipsenförmige Werkstück 34 vom Coil 7 abgetrennt werden kann unter Bildung von zwei geraden Schweisskanten 29a, 29b und unter Bildung eines Spaltes B. Nachdem mittels einer weiteren kleinen Drehung in Drehrichtung R der Spalt B zwischen den beiden Schweisskanten 29a, 29b bis auf einen geringen Restspalt geschlossen wird, wobei das Werkstück 34 mit leicht ellipsenförmigem Querschnitt zu einem
ringförmigen Werkstück 35 mit kreisrundem Querschnitt verformt und anschliessend mittels der Klemmvorrichtung 22 fixiert wird, worauf die Kraftwirkung an Haltevorrichtung 14 reduziert respektive aufgehoben werden kann. Im
anschliessenden Schweissprozess werden die beiden geraden Schweisskanten 29a, 29b mittels einer Längsnaht-Schweissung fest zusammengefügt, und das ringförmige Werkstück 35 kann anschliessend durch einen nicht-gezeigten Entnahme- Mechanismus aus der Kombimaschine 9 entfernt werden.
Fig. 5 zeigt den Träger 17 der erfindungsgemässen
Kombimaschine mit einer integrierten Schneide- und
Schweissvorrichtung im Längsschnitt, wobei die Quelle 23, vorzugsweise eine Laserquelle, umschaltbar ausgestaltet ist, sodass sie entweder mit dem in Querrichtung Q
verschiebbaren Schneidkopf 24 oder mit dem ebenfalls in Querrichtung Q verschiebbaren Schweisskopf 25 mechanisch und elektrisch verbunden ist, und zudem mit einer Zuführung 26 für Zusatzmaterial ausgestaltet ist mit dem Zweck, den beim Zusammenfügen von zwei Kanten entstehenden Restspalt beim Schweissen bei Bedarf mit Zusatzmaterial zu füllen und so den Restspalt zu schliessen, womit eine optimale
Schweissnaht hergestellt werden kann. Das Werkstück 16 wird zwischen dem oberen und dem unteren Teil der
Klemmvorrichtung 22 geführt, wobei die Mismatchrollen 12 dazu dienen, einen allfälligen senkrecht entstehenden
Mismatch der beiden zusammenzuschweissenden Kanten des Werkstücks 16 auszugleichen und damit eine zusätzliche Erhöhung der Schweissqualität zu ermöglichen.
Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung einen Coil 7 von dem in einem ersten Verarbeitungsschritt das Coil-
Anfangsstück 27, das mit einer nicht-geraden Kante 30 behaftet ist, abgeschnitten wurde und von dem in einem zweiten Verarbeitungsschritt ein erstes gutes Stück 31 mit den geraden Schweisskanten 29a, 29b abgeschnitten wurde. Im weiteren ist das Coil-Endstück 28 mit der nicht-geraden Kante 30, das letzte gute Stück 32 des Coils 7 und das vorletzte gute Stück 33 dargestellt, jeweils mit den beiden geraden Schweisskanten 29a, 29b. Fig. 7 zeigt ein durch das innovative Verfahren in der Kombimaschine 9 hergestelltes leicht ellipsenförmiges Werkstück 34 nach dem Schneiden und Runden aber vor dem Schweissen, sowie ein ringförmiges Teil 35 nach dem
Schneiden, Runden und Schweissen, beaufschlagt mit der längsgeschweissten Schweissnaht 36.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Verarbeiten von vorzugsweise aber nicht ausschliesslich ab einem Coil (7) kontinuierlich
zugeführtem dünnem Stahlband mit einer Dicke im Bereich von vorzugsweise 0.4 mm bis 1 mm zu Werkstücken, insbesondere zum Rundbiegen von im Wesentlichen flachem, blechförmigem Ausgangsmaterial zu im Wesentlichen rohrförmigen oder ringförmigen Gegenständen wie Trommeln oder sonstigen vorzugsweise zylinderförmigen Gegenständen oder
dergleichen, wobei der Verarbeitungsprozess von mindestens einem Operator ab einer mindestens einen Bedienstation beeinflusst und überwacht wird und das Werkstück (16) ab einem Coil (7) mittels einer elektronischen
Steuerungseinheit kontinuierlich gefördert, zuerst einem Richtwerkzeug zugeführt und anschliessend in einer
Kombimaschine (9) in mindestens drei weiteren
Prozessschritten weiterverarbeitet wird, wobei das
Werkstück in einem ersten Verarbeitungsschritt, nach
Erstellen einer geraden Schweisskante (29a) durch
Abschneiden des Coil-Anfangstücks (27), welches in der mindestens einen Abfallmulde (IIa, IIb) deponiert wird, dergestalt mit einem Rundungsprozess beaufschlagt wird, indem das Werkstück (16) von einer Haltevorrichtung (14) unter Beaufschlagung einer Kraftwirkung fixiert und mittels einem drehbaren Rundwerkzeug (21) kontinuierlich bis zum Erreichen der vollen Umfangslänge gefördert und in einem zweiten Verarbeitungsschritt mit einem Schneideprozess beaufschlagt wird, wodurch an der Schnittstelle zwei gerade Schweisskanten (29a, 29b) erzeugt werden, und in einem dritten Verarbeitungsschritt mit einem Schweissprozess beaufschlagt wird, wobei eine erste Schweisskante (29a) mit einer zweiten Schweisskante (29b) miteinander so
verschweisst werden, dass ein ringförmiges Teil (35) mit einer Schweissnaht (36) produziert wird und das ringförmige Teil (35) mittels eines Entnahme-Mechanismus aus der
Kombimaschine (9) ausgeworfen wird oder manuell entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Schritte für die Bearbeitung des Werkstückes (16) , das Schneiden in der Schneidemaschine (2) und das Runden in der Rundmaschine (3) und das Schweissen in der Schweissmaschine (4) mit
demselben Equipment in einer Kombimaschine (9) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneiden und das Schweissen in der Kombimaschine (9) vorzugsweise mittels eines Laser-Verfahrens oder mittels eines Plasma-Verfahrens erfolgen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweisskopf (25) und der Schneidkopf (24) am selben Portal auf einem Träger (17) angeordnet sind, wobei der Schweisskopf (25) und der Schneidkopf (24) je in horizontaler und vertikaler Richtung verschiebbar sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneiden und das Schweissen mittels eines Kombikopfs erfolgen .
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei Anwendung eines Laser- Verfahrens der Schweisskopf (25) und der Schneidkopf (24) ein und dieselbe Quelle (23) , vorzugsweise aber nicht ausschliesslich eine Laserquelle benutzen.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schweisssung mit oder ohne Zufuhr von Zusatzmaterial erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass das beim erstmaligen Schneiden entstehende Coil-Anfangsstück (27) des Coils (7) in einer ersten Abfallmulde (IIa) und das beim letztmaligen
Schneiden entstehende Coil-Endstück (28) des Coils (7) in einer zweiten Abfallmulde (IIb) deponiert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweisskanten (29a,
29b) beispielsweise aber nicht ausschliesslich
sägezahnförmig oder wellenförmig ausgestaltet sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass das blechförmige Ausgangsmaterial nicht kontinuierlich ab einem Coil (7) abgerollt sondern nach einem vorgängigen Schneideprozess zu Platten
geschnitten wird und mittels einer Einzelblechzuführung in Form von vorgeschnittenen Platten (8) der weiteren
Verarbeitung zugeführt wird.
10. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9 zur Herstellung von Trommeln für eine Waschmaschine oder eine Geschirrspülmaschine oder dergleichen.
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