DE102009056324A1

DE102009056324A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Längsumformen eines Metallbands mit entlang seiner Längsachse variierender Materialstärke

Info

Publication number: DE102009056324A1
Application number: DE200910056324
Authority: DE
Inventors: Frank Bertram
Original assignee: Dreistern GmbH and Co KG
Current assignee: Dreistern GmbH and Co KG
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2010-07-01

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Längsumformen eines Metallbandes oder Ausgangsprofils mit entlang seiner Längsachse variierenden Materialstärke vorgeschlagen. Um zu ermöglichen, dass das Metallband mit längsvariierender Dicke in einer Profiliermaschine qualitativ hochwertig umgeformt werden kann, werden zuvor mittels Bandprofilwalzen Umformbereiche mit in Längsrichtung konstanter Materialdicke gewalzt, die entlang der beim Profilieren in das Material einzubringenden Biegelinien verlaufen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Längsumformen eines Metallbandes oder Ausgangsprofils mit entlang seiner Längsachse variierender Materialdicke nach dein Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Metallprofils aus einem Metallband oder Ausgangsprofil mit entlang seiner Längsachse variierender Materialdicke nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10. Das hierbei hergestellte Metallprofil kann ein offenes Profil oder auch ein Hohlprofil bzw. ein Rohr sein.
Den vorliegenden Verfahren ist demnach gemeinsam, dass ein Metallband oder Ausgangsprofil mit entlang seiner Längsachse variierender Materialdicke längs umgeformt wird, und zwar beim Durchlaufen einer Mehrzahl von in Linie hintereinander angeordneten Gruppen von Rollformwerkzeugen; in einem Fall handelt es sich hierbei um eine Profiliermaschine und im anderen Fall um eine Maschine zum Bandprofilwalzen. Die entsprechenden Vorrichtungen umfassen demnach eine Anzahl von in Linie hintereinander angeordneten Gruppen von Rollformwerkzeugen, die vom Metallband sukzessive durchlaufen werden und in einem Fall ein Bandprofilwalzverfahren sowie im anderen Fall ein herkömmliches Profilieren des Metallbands durchführen.
Profiliermaschinen sind in der Lage, aus einem Metallband oder einem Ausgangsprofil quasi endlos Profile oder Rohre unterschiedlichster Querschnittsformen zu fertigen. Je nach herzustellender Profilform kommen hierfür eine Vielzahl von Rollformwerkzeugen zum Einsatz, die in typischerweise 20 bis 30 in Linie hintereinander angeordneten Umformstationen gruppenweise zusammengefasst sind. Das Metallband oder Ausgangsprofil durchläuft die Umformstationen sukzessive und wird in jeder Umformstation einem Längs-Umformschritt unterzogen, bis es schließlich seine (vorläufige) Endform erhalten hat und beispielsweise in einer nachgeschalteten Schweißstation, Stanzvorrichtung oder Trenneinrichtung weiter bearbeitet werden kann. Profiliermaschinen sind seit langem bekannt und beispielsweise in der DE 198 34 400 C1 oder in der EP 0 365 976 B1 beschrieben.
Vorrichtungen zum Bandprofilwalzen und Bandprofilwalzverfahren sind erst seit recht kurzer Zeit bekannt. Während eine Profiliermaschine in mehreren Umformschritten eine Profilierung oder eine Profilveränderung in das Metallband einbringt und hierbei die Gestalt des Profilquerschnitts verändert, und zwar im wesentlichen ohne die Dicke des Bandes selbst zu verändern, ist es Ziel des Bandprofilwalzverfahrens, beim Längsdurchlaufen des Metallbandes durch die Rollformwerkzeuge einen oder mehrere Bereiche mit verringerter Materialdicke gegenüber dem Ausgangsbandmaterial zu erzeugen, und zwar ohne notwendigerweise zu profilieren oder den Profilquerschnitt zu verändern. Durch Bandprofilwalzen können demnach Metallbänder hergestellt werden, die eine über deren Breite variierende Materialdicke aufweisen.
Ein Bandprofilwalzverfahren ist beispielsweise in der DE 101 13 610 A1 vorgeschlagen worden. Dort wird aus einem flachen Metallband ein Metallband mit einer über seine Breite variierenden Dicke hergestellt, und zwar mittels einer Anzahl von in Linie hintereinander angeordneten Gruppen von Rollformwerkzeugen. Hierbei wird zunächst von einer ersten Formrolle ein erster Einstich in eine Oberfläche des Metallbands gewalzt, der die Materialstärke des Metallbands durch Ausbildung eines rillenförmigen Eindrucks lokal verringert. Eine Anzahl von nachfolgenden Formrollen verbreitert diesen ersten Einstich mit weiteren Einstichen sukzessive zu einem verdünnten Bereich, der dementsprechend längs entlang des gesamten Metallbands verläuft. Im Ergebnis erhält man also ein Metallband mit beispielsweise einem verdünnten mittigen Bereich und zwei dickeren Randbereichen, das beispielsweise zu Platinen geschnitten oder zu Profilen mit belastungsangepassten Materialstärken weiterverarbeitet werden kann.
Metallbleche oder Blechteile, die aus bandförmigem Ausgangsmaterial hergestellt werden, werden in vielen Bereichen der Technik, wie der Automobilindustrie, der Industrie für Haushalts- und Gebrauchsgüter und dergleichen verwendet. In vielen Anwendungsfällen, beispielsweise im Fahrzeugbau, jedoch auch auf anderen Gebieten, ist man bestrebt, die Materialstärke der eingesetzten Metallbleche und Metallprofile möglichst gering zu halten, um einerseits Materialkosten und andererseits Gewicht einzusparen, ohne Abstriche an deren Stabilität in Kauf nehmen zu müssen. Dies kann auf sehr effiziente Art und Weise erzielt werden, indem als Ausgangsmaterial für die Bleche, Blechteile oder Profile Metallbänder verwendet werden, die eine über deren Breite und/oder über deren Länge variierende Dicke aufweisen. Die Materialdicke des hieraus hergestellten Bauteils kann dann gezielt an die im Gebrauchsfall zu erwartenden Belastungen angepasst werden, wobei in Bereichen höherer Belastung eine höhere Materialdicke vorgesehen wird, während die Bereiche mit geringerer Belastung dünner ausgebildet werden.
Das Längsumformen eines Metallbandes oder Ausgangsprofils mit insbesondere entlang seiner Längsachse variierender Materialdicke in einer Profiliermaschine hat sich allerdings als problematisch herausgestellt. Denn die Biegeradien, die beim Rollumformen eines Blechbandes entstehen, hängen insbesondere von der Dicke desselben ab. Die Lage der neutralen Faser beim Biegen des Blechs befindet sich etwa in der Mitte zwischen der Ober- und Unterseite des Blechbandes. Infolgedessen ist die neutrale Faser bei dicken Blechbändern weiter von den Oberflächen der Rollformwerkzeug entfernt, als bei dünnen Bändern. Neben Pressungen in den Randbereichen der Biegeradien zwischen den einzelnen Rollformwerkzeugpaaren entstehen bei veränderlichen Materialdicken insbesondere auch Schubspannungen im Material, die zu Welligkeiten in der Bandkante führen. Hierdurch kann die Qualität des auf der Profiliermaschine hergestellten Profils sehr stark eingeschränkt sein.
Wenn man Pressungen zwischen den Rollformwerkzeugen vermeiden will, muss man einen hohen konstruktiven Aufwand betreiben, damit die Rollformwerkzeuge dem Dickenverlauf des Materials bei dessen Durchlaufen durch die Profiliermaschine folgen können. Allerdings ist dann noch immer nicht das Problem der Schubspannungen im Material beseitigt, da unterschiedliche Materialdicken unterschiedliche Abwicklungen bedingen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Metallbandes oder Ausgangsprofils mit entlang seiner Längsachse variierender Materialdicke zu schaffen, mit deren Hilfe ein Längsumformen des Metallbands in ein Profil mittels einer herkömmlichen Profiliermaschine in hoher Qualität möglich ist.
Gelöst ist diese Aufgabe durch die Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 4, durch die Vorrichtungen mit den Merkmalen der Ansprüche 8 und 10 sowie durch ein Metallband mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Bevorzugte Weiterbildungen der Verfahren finden sich in den Ansprüchen 2 und 3 sowie 5 bis 7; zweckmäßige Ausgestaltungen der Vorrichtungen sind in den Ansprüchen 8 und 9 sowie 11 und 12 niedergelegt.
Die vorliegende Erfindung beruht also auf dem Prinzip, das Metallband oder Ausgangsprofil mit entlang seiner Längsachse variierender Metalldicke in denjenigen Bereichen, in denen beim Profilieren eine Längsbiegung in das Material eingebracht werden soll, mittels Bandprofilwalzen auf konstante Dicke zu bringen, insbesondere auf die Mindestdicke des unbearbeiteten Bandes. Das Material verhält sich beim Profilieren in der Profiliermaschine dann wie Bandmaterial mit entlang seiner Längsachse konstanter Dicke. Die oben erwähnten spezifischen Problemstellungen beim Profilieren von Material, das entlang seiner Länge nicht konstant dick ist, entfallen hierdurch.
Das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 dienen hierbei dazu, ein Metallband nach Anspruch 13 herzustellen, also ein Metallband mit entlang seiner Längsachse variierender Metalldicke, das mindestens einen Umformbereich mit in Längsrichtung konstanter Materialdicke aufweist, um in einer Profiliermaschine der herkömmlichen Art mit guter Qualität zu einem Profil umgeformt zu werden. Das im Verfahren nach Anspruch 1 und in der Vorrichtung nach Anspruch 8 hergestellte Zwischenprodukt muss kein ebenes Metallband sein, sondern kann auch als Ausgangsprofil vorliegen, das in einer Profiliermaschine weiter längs umgeformt wird.
Das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4 und die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 führen zu einem bereits in einer Profiliermaschine umgeformten Metallprofil, das offen oder als Hohlprofil bzw. Rohr ausgebildet sein kann. Dieses fertige Metallprofil weist sowohl in Längsrichtung als auch über dessen Querschnitt hinweg einen belastungsangepassten Dickenverlauf auf, während die in der Profiliermaschine hergestellten Längsbiegungen eine entlang der Längsachse konstante Materialdicke aufweisen.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird das Metallband oder Ausgangsprofil, das eine entlang seiner Längsachse variierende Materialdicke aufweist und durch den erfindungsgemäßen Bandprofilwalzschritt entlang der beim Profilieren einzubringenden Biegelinie mit konstant dickem Umformbereich versehen ist, nach dem Bandprofilwalzen durch eine Schneideinrichtung geführt, in der die Ränder des Metallbandes beschnitten werden, um ein Metallband konstanter Breite zu erhalten, welches dann in der Profiliermaschine profiliert wird. Das Beschneiden der Ränder des Metallbandes ist deswegen vorteilhaft, weil das beim Bandprofilwalzen verdrängte Material ganz bewusst im wesentlichen in Breitenrichtung des Metallbandes fließt und sich das Material daher an denjenigen Stellen breitet, an denen es eine höhere Materialdicke aufweist, und an denen demnach beim Bandprofilwalzverfahren zur Herstellung von konstant dicken Umformbereichen mehr Material verdrängt werden muss. Insbesondere beim Herstellen eines geschlossenen Hohlprofils oder Rohrs wäre ein Metallband oder Ausgangsprofil mit variierender Breite sehr nachteilig.
Anstatt eines Beschneidens in einer Schneideinrichtung können die Ränder des Metallbandes auch auf andere Weise bearbeitet werden, um eine konstante Breite des Metallbandes sicherzustellen, beispielsweise mittels Bankantenschabens, Bandkantenfräsens und dergleichen.
Nach einer weiter bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird das mittels des erfindungsgemäßen Bandprofilwalzverfahrens bearbeitete Metallband mit längsvariierender Dicke zunächst gerichtet, bevor es in einer Profiliermaschine profiliert wird. Soweit eine Schneideinrichtung oder dergleichen für die Bandkanten vorhanden ist, erfolgt dieser Richtprozess bevorzugt vor dem Schneidprozess, da durch das Richten eine Ebenheit und Spannungsfreiheit des Bandes erzielt wird, die sich positiv auf das Bescheiden oder Abfräsen der Bandkanten auswirkt, insbesondere durch eine leichtere Verfahrensführung und eine höhere Genauigkeit.
Die erfindungsgemäße Kombination eines Bandprofilwalzverfahrens und eines Profilierverfahrens, bei dem das Bandprofilwalzverfahren das Metallband mit längsvariierender Dicke für das Umformen in der Profiliermaschine vorbereitet, kann auch iterativ angewendet werden, beispielsweise indem in einem ersten Bandprofilwalzverfahrensschritt ein erster Umformbereich in das Metallband eingewalzt wird, der in einem nachfolgenden ersten Umformschritt in der Profiliermaschine umgeformt wird, wonach in einem zweiten Bandprofilwalzverfahrensschritt ein zweiter Umformbereich in das dann als Ausgangsprofil vorliegende Metallband eingebracht wird, woran sich ein zweiter Umformschritt anschließt, um diesen zweiten Umformbereich umzuformen und so weiter. Hierbei sind alle möglichen Kombinationen von Bandprofilwalzschritten und Profilierschritten sowie gegebenenfalls zwischengeschalteten Richtschritten und Schneidschritten denkbar und von der vorliegenden Erfindung umfasst.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird das erfindungsgemäße Vorbereiten und Umformen eines Metallbandes beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
1 drei nebeneinander angeordnete, schematische Frontansichten eines Walzspalts zum Bandprofilwalzen mit eingelegtem Metallband, wobei die nebeneinander angeordneten Bilder drei in Wirklichkeit hintereinander angeordnete Walzspalte zeigen;
2 das beim Bandprofilwalzen nach 1 hergestellte Metallband nach dessen Umformen in einer Profiliermaschine.
Die in 1 nebeneinander angeordneten Darstellungen sind schematische Draufsichten auf eigentlich hintereinander angeordnete, aus jeweils einer Formrolle 1 und einer Gegenrolle 2 bestehende Rollformwerkzeugpaare a, b, c, die jeweils einen Walzspalt 3 zwischen sich bilden. In der Rollformwerkzeuggruppe a wird ein erster Einstich in einem Metallband 5 erzeugt, und zwar durch einen an der Formrolle 1 angeformten Drückring 7. Dieser Drückring 7 drückt sich in das Metallband 5 ein und erzeugt eine Rille 8, die von Drückringen 7' und 7'' der Rollformwerkzeuggruppen b, c nachfolgend sukzessive zu einem Bereich 4 des Metallbands 5 mit verringerter Dicke erweitert wird.
In der Darstellung nach 1 ist das Metallband 5 in einem Bereich mit höherer Materialdicke geschnitten, wobei der Bereich 4 des Metallbands 5 auf die Mindestdicke des Metallbands 5 entlang dessen Längsausdehnung gebracht wird.
Das in einem in 1 exemplarisch angedeuteten Bandwalzverfahren vorbereitete Metallband 5, das im Bereich 4 eine entlang der Längsausdehnung des Metallbands 5 konstante Dicke aufweist, wurde sodann in einer Profiliermaschine einem Längsumformschritt unterzogen, so dass sich das in 2 dargestellte Schnittbild ergibt. Auch hier ist das Metallband 5 wiederum in einem Bereich höherer Materialdicke geschnitten, wobei jedoch gut erkennbar ist, dass der Bereich 4 mit verringerter Dicke gerade der Umformbereich entlang einer Biegelinie 6 des fertigen Profils ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19834400 C1 [0003]
- EP 0365976 B1 [0003]
- DE 10113610 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Längsumformen eines Metallbandes oder Ausgangsprofils mit entlang seiner Längsachse variierender Materialdicke, wobei das Metallband (5) eine Mehrzahl von zum Bandprofilwalzen in Linie hintereinander angeordneten Gruppen (a, b, c) von Rollformwerkzeugen (1, 2) sukzessive durchläuft, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der Gruppen (a) von Rollformwerkzeugen mittels einer Formrolle (1) in mindestens einer Oberfläche zumindest derjenigen Bereiche des Metallbandes (5), die dicker als eine Mindestdicke ausgebildet sind, mindestens ein erster Einstich neben oder entlang einer Biegelinie (6) erzeugt wird, an der eine Längsbiegung in das Metallband (5) eingebracht werden soll, und dass in nachfolgenden Gruppen (b, c) von Rollformwerkzeugen dieser erste Einstich mit weiteren Einstichen von weiteren Formrollen (1', 1'') verbreitert wird, um einen Umformbereich (4) entlang der Biegelinie (6) zu erzeugen, dessen Materialdicke entlang der Längsachse des Metallbandes (5) im Wesentlichen konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband oder Ausgangsprofil mit entlang der Biegelinie (6) konstant dickem Umformbereich (4) eine Schneideinrichtung durchläuft, in der die Ränder des Metallbandes (5) zumindest in denjenigen Bereichen abgeschnitten werden, in denen das Metallband (5) eine vorgegebene Breite überschreitet, um ein Metallband (5) konstanter Breite zu erhalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der entlang der Biegelinie (6) laufende, konstant dicke Umformbereich (4) des Metallbands (5) mit einer Dicke hergestellt wird, die der Mindestdicke des Metallbandes (5) entspricht.
Verfahren zum Herstellen eines Metallprofils aus einem Metallband oder Ausgangsprofil mit entlang seiner Längsachse variierender Materialdicke, mittels einer Mehrzahl von sukzessive durchlaufenen, in Linie hintereinander angeordneten Gruppen von Rollformwerkzeugen einer Profiliermaschine, dadurch gekennzeichnet, dass entlang mindestens eines Teils der Biegelinien (6) des Metallprofils zuvor mittels Bandprofilwalzen Umformbereiche (4) mit in Längsrichtung konstanter Materialdicke gewalzt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallprofil nach dem Bandprofilwalzen auf eine im Wesentlichen konstante Breite gebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt des Bandprofilwalzens ein Richtprozess durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt des Bandprofilwalzens und der Verfahrensschritt des Profilierens derart miteinander verkettet werden, dass nach einem ersten Bandprofilwalzschritt ein erster Umformschritt in einer Profiliermaschine, und dann ein zweiter Bandprofilwalzschritt und ein zweiter Umformschritt in der Profiliermaschine usw erfolgt.
Vorrichtung zum Längsumformen eines Metallbandes oder Ausgangsprofils mit entlang seiner Längsachse variierenden Materialstärke, mit einer Mehrzahl von zum Bandprofilwalzen in Linie hintereinander angeordneten Gruppen (a, b, c) von Rollformwerkzeugen (1, 2), die vom Metallband (5) sukzessive durchlaufen werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Gruppen (a) von Rollformwerkzeugen so ausgebildet ist, dass sie mittels einer Formrolle (1) in mindestens einer Oberfläche zumindest derjenigen Bereiche des Metallbandes (5), die dicker als eine Mindestdicke ausgebildet sind, mindestens einen ersten Einstich neben oder entlang einer Biegelinie (6) erzeugt, an der eine Längsbiegung in das Metallband (5) eingebracht werden soll, und dass nachfolgende Gruppen (b, c) von Rollformwerkzeugen (1', 1'') so ausgebildet sind, dass dort dieser erste Einstich mit weiteren Einstichen von weiteren Formrollen (1', 1'') verbreitert wird, um einen Umformbereich (4) entlang der Biegelinie (6) zu erzeugen, dessen Materialdicke entlang der Längsachse des Metallbandes (5) im Wesentlichen konstant ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass den Gruppen (a, b, c) von Rollformwerkzeugen (1, 2) zum Bandprofilwalzen eine Schneideinrichtung nachgeschaltet ist, in der die Ränder des Metallbandes (5) zumindest in denjenigen Bereichen abgeschnitten, abgefräst oder abgeschabt werden, in denen das Metallband (5) eine vorgegebene Breite überschreitet.
Vorrichtung zum Herstellen eines Metallprofils aus einem Metallband oder Ausgangsprofil mit entlang seiner Längsachse variierenden Materialdicke, mittels einer Mehrzahl von sukzessive durchlaufenen, in Linie hintereinander angeordneten Gruppen von Rollformwerkzeugen einer Profiliermaschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Profiliermaschine eine Vorrichtung zum Bandprofilwalzen vorgeschaltet ist, in der das Metallband (5) so vorbereitet wird, dass entlang mindestens eines Teils der Biegelinien (6) des Metallprofils mittels Bandprofilwalzen Umformbereiche (4) mit in Längsrichtung konstanter Materialdicke gewalzt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung zum Bandprofilwalzen und der Profiliermaschine eine Schneideinrichtung zwischengeschaltet ist, in der die Ränder des Metallbandes (5) zumindest in denjenigen Bereichen abgeschnitten, abgefräst oder abgeschabt werden, in denen das Metallband (5) eine vorgegebene Breite überschreitet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorrichtung zum Bandprofilwalzen und der Profiliermaschine eine Vorrichtung zum Richten des Metallbandes oder Ausgangsprofils angeordnet ist.
Metallband mit entlang seiner Längsachse variierenden Materialdicke, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (5) mindestens einen Umformbereich (4) mit in Längsrichtung konstanter Materialdicke aufweist.