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Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Herstellung von gebogenen Profilen aus Blech, insbesondere Leichtbauprofilen, gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Werkzeuganordnung an einer Biegemaschine zur Herstellung von gebogenen Profilen gemäß Oberbegriff des Anspruches 12.
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Dünnwandige Blechprofile finden eine breite Anwendung in der Industrie. Häufig werden diese dünnwandigen Blechprofile nicht nur im geraden, sondern auch im gebogenen Zustand verarbeitet, was zusätzliche Profilbiegeprozesse erfordert. Üblicherweise wird erst die Profilform z.B. in einem Rollbiegeverfahren auf einer Profiliereinrichtung hergestellt und anschließend das profilierte Blech auf einer Biegemaschine in die gebogene Konfiguration überführt.
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Abhängig von der Anwendung und der Losgröße solcher Bauteile ist der Herstellprozess unterschiedlich. Diese Prozesskette umfasst in der Regel die Bearbeitung durch unterschiedliche Maschinen, Verfahren und häufig auch durch unterschiedliche Unternehmen. Hierdurch wird die Herstellung derartiger gebogener Profile aufwändig und teuer.
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Eine Kombination des Profilierens und des Biegens eines aus Blech herstellbaren dünnwandigen Blechprofils zeigt die
DE 102 25 036 A1 , bei der das Verfahren zur Herstellung von Stangenprofilen und das Verfahren von Biegen des hergestellten Stangenprofils in einer einzigen, speziell hierfür konstruierten Roll-Form-Biegemaschine kombiniert wird. Ähnliche Lösungen mit speziell hierfür entwickelten Umformmaschinen zeigen die
DE 10 2005 000 893 A1 und die
DE 10 2011 117 769 A1 .
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Derartige Ansätze zum sequentiellen Ausführen von Profilier- und Biegeumformungen auf einer einzigen Fertigungseinrichtung weisen den Nachteil auf, dass hierfür aufwändige und komplex zu steuernde Einzweckmaschinen benötigt werden, auf denen ausschließlich derartige Teile üblicherweise in relativ hohen Stückzahlen gefertigt werden müssen, damit sich die Investition lohnt. Zudem ist durch das üblicherweise sequentielle Ausführen von Profilierung und Biegen zwei getrennte Umformvorgänge nacheinander notwendig, was materialtechnisch etwa durch die Beeinflussung der Eigenschaften des Blechmaterials problematisch sein kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine kombinierte Profilierung und ein Biegen von dünnwandigen Blechprofilen zu ermöglichen, die auf herkömmlichen Biegemaschinen ausgeführt werden können und mit denen die Nachteile bisher bekannter Kombinationsverfahren vermieden werden.
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Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich Erfindung hinsichtlich des Verfahrens aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich der Werkzeuganordnung aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 12 in Zusammenwirken mit den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung hinsichtlich des Verfahrens geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von gebogenen Profilen aus Blech, insbesondere Leichtbauprofilen, auf einer Biegemaschine, mit einer Profilierungsstation und einer in Durchlaufrichtung des herzustellenden Profils nachfolgenden Biegestation. Ein derartiges gattungsgemäßes Verfahren wird dadurch in erfinderischer Weise weiter entwickelt, dass vor der mindestens einen Profilierungsstation Zug- und/oder Druckspannungen und/oder Torsionsspannungen zwischen einer Spanneinheit und der Biegestation auf das zu profilierende und zu biegende Blech aufgebracht werden, das zu profilierende Blech unter Einwirkung der eingebrachten Zug- und/oder Druckspannungen und/oder Torsionsspannungen zuerst in der Profilierungsstation von Profilierwerkzeugen vor- oder endprofiliert wird und anschließend die Biegewerkzeuge der Biegestation das profilierte Blech biegen. Kennzeichnend für das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere das Aufbringen von Zug- und/oder Druckspannungen und/oder Torsionsspannungen durch die Spanneinheit in den gesamten Bereich, in dem das Profilieren und das Biegen des herzustellenden Profils stattfindet, und die unmittelbare Abfolge von Profilieren und Biegen in einem verfahrensgemäßen Durchlauf. Zudem lassen sich alle Verfahrensschritte z.B. auf einer herkömmlichen CNC-Biegemaschine durchführen, wodurch zum einen die Notwendigkeit zur Anschaffung aufwändiger Spezialmaschinen entfällt und zudem die Auslastung derartiger herkömmlicher CNC-Biegemaschinen gesteigert werden kann. Die Prozesskombination Profilieren und Biegen begünstigt sich zusätzlich durch gegenseitige Wechselwirkungen. Der Werkstoff des herzustellenden Profils wird in dem kombinierten Prozess aus Profilieren und Biegen nur einmal in den plastischen Bereich gebracht und zusammen sowohl im Querschnitt als auch in der Profilbiegegeometrie umgeformt. Dies reduziert nochmals die erforderlichen Fertigungsstufen, erhöht das Formänderungsvermögen und die Fertigungsgenauigkeit in der Profilbiegegeometrie und in der Querschnittsgeometrie.
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Die Erfindung umfasst ein neuartiges umformtechnisches Werkzeug- und Verfahrenskonzept bestehend aus einer integrierten Verfahrenskombination aus dem Profilherstellungsprozess und dem Profilbiegeprozess zur Herstellung gebogener dünnwandiger Profile. Die gesamte Prozesskette aus Profilieren und Biegen lässt sich in einem Werkzeugsystem integrieren. Im Prozess aus Profilieren und Biegen werden die Wechselwirkungen zwischen dem Profilherstellungsprozess und dem Profilbiegeprozess vorteilhaft genutzt, um die Prozesskette möglichst kurz zu halten, den Prozess robuster zu machen und die Verfahrensgrenzen zu erweitern. Eine weitere Besonderheit ist, dass die neuartige Werkzeug- und Verfahrenstechnik für eine Adaption auf moderne CNC-Biegemaschinen konzipiert ist. Durch dieses Verfahren kann das Potential moderner CNC-Profilbiegemaschinen ausgezeichnet ausgenutzt werden. Ferner können in nur einem Prozessdurchlauf komplex gebogene Profilbiegeteile hergestellt werden. Durch einstellbare Prozessparameter ist es möglich, aufwändige Querschnittsformen bei guter Bauteilgenauigkeit und bei einer geringen Anzahl an Umformstufen zu erzielen. Somit werden teure Werkzeugstufen durch die Kombination von Profilieren und Biegen vermieden.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn das herzustellende Profil aus ebenem, vorzugsweise zu Coil aufgewickeltem, Band aus Blech oder aus ebenen Blechabschnitten oder auch schon vorprofilierten Blechen hergestellt wird. Dadurch ist sowohl eine kontinuierliche Fertigung längerer Profile als auch quasi unendlicher Profillängen möglich als auch die Einzelfertigung von definierten Profilabschnitten aus vorgefertigten einzelnen Blechabschnitten.
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Von besonderer Wichtigkeit ist es, dass die Spanneinheit beim Biegen entlang der Längsachse des zu profilierenden Blechs mitfährt und die eingebrachten Zug- und/oder Druckspannungen und/oder Torsionsspannungen während des Profilierens und des Biegens des zu profilierenden Blechs aufrecht hält. Hierdurch wird unabhängig von dem jeweiligen Profilierungs- und Biegezustand des herzustellenden Profils die werkstofftechnisch vorteilhafte Aufbringung der Zug- und/oder Druckspannungen und/oder Torsionsspannungen auf den Bereich der Umformung innerhalb der Profilierung als auch des Biegens konstant gehalten oder angepasst verändert, wodurch sich konstante und verbesserte Umformbedingungen gegenüber einer nicht vorbelasteten Profilierung oder einem nicht vorbelasteten Biegen ergeben. Insbesondere wird der Werkstoff des jeweils zu profilierenden Blechabschnitts durch die eingebrachten Zug- und/oder Druckspannungen und/oder Torsionsspannungen nur einmal in den plastischen Bereich gebracht und in diesem plastischen Zustand sowohl bezüglich des Querschnitts als der Biegegeometrie umgeformt. Hierdurch werden die notwendigen Umformspannungen, die in der Profilierungsstation oder der Biegestation aufgebracht werden müssen, reduziert und die Umformung verbessert.
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In weiterer Ausgestaltung ist es darüber hinaus möglich, dass das Vor- oder Endprofilieren des herzustellenden Profils in der Profilierungsstation durch eine Walzprofiliereinheit und/oder durch ein Werkzeugelement zum Gleitziehbiegen durchgeführt wird. Je nach der Art der Profilierung und der herzustellenden Profilquerschnitte kann ein Walzprofilieren oder ein Gleitziehbiegen oder auch eine mehrstufige Kombination derartiger Profilierungsverfahren vorteilhaft sein. Hierbei kann in weiterer Ausgestaltung das Vor- oder Endprofilieren des herzustellenden Profils in der Profilierungsstation einstufig oder auch mehrstufig erfolgen. Bei mehrstufiger Profilierung können z.B. geringere Umformgrade in den einzelnen Stufen hergestellt werden, wodurch der Werkstoff etwa bei komplizierten Profilformen oder schwer umformbaren Werkstoffen schonender umgeformt werden kann, auch ist eine Anwendung unterschiedlicher Profilierungsverfahren nacheinander in den einzelnen Stufen z.B. für unterschiedliche Bereiche des Profilquerschnitts denkbar.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das profilierte Blech beim Biegen in der Biegestation gebogen und gleichzeitig die Querschnittsform des profilierten Blechs fertig umgeformt wird. Hierdurch ist es möglich, aus der Bearbeitung in der Profilierungsstation stammende Unzulänglichkeiten des Profilquerschnitts nachträglich noch auszugleichen, indem etwa in der Biegestufe das profilierte Blech beim Biegen mittels mindestens eines Gegenhalter gegen die Wirkelemente der Biegestation, insbesondere eine Biegerolle, gedrückt wird. Dabei kann der mindestens eine Gegenhalter zur Kalibrierung des Querschnitts des gebogenen Profils genutzt werden und verbliebene Ungenauigkeiten der in der Profilierungsstation erzeugten Querschnittsform nachträglich noch beseitigen. Ein derartiger Gegenhalter muss dann nur noch geringe Umformungen des Profilquerschnitts durchführen, etwa eine genaue Ausprägung von Profilecken oder dgl..
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Weiterhin ist es denkbar, dass an der Biegestation eine Spanneinrichtung mit der Spanneinheit zusammen wirkt und zusammen mit der Spanneinheit Zug- und/oder Druckspannungen und/oder Torsionsspannungen auf das umzuformende Profil aufbringt. Die vor der Profilierungsstation angeordnete Spanneinheit und eine derartige an der Biegestation angeordnete Spanneinrichtung belasten das zwischen ihnen angeordnete Blech beim Durchlauf durch die Profilierungsstation und die Biegestation etwa durch Zug oder Torsion und bringen damit eine gleichmäßige Vorbelastung auf diesen Abschnitt des Bleches auf, die zu einer leichteren Umformung des Bleches in der Profilierungsstation und der Biegestation beiträgt. Hierzu kann in weiterer Ausgestaltung die Spanneinrichtung während der Durchführung der Biegung des profilierten Blechs mit der Biegeeinrichtung, insbesondere der Biegerolle, mit rotieren, wodurch der Spannungszustand des Bleches zwischen Spanneinrichtung und Spanneinheit unabhängig vom Biegezustand des herzustellenden Profils konstant gehalten werden kann, wenn die Spanneinheit entsprechend mit bewegt wird.
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Weiterhin ist ein kontinuierliches Profilieren und Biegen des herzustellenden Profils dadurch denkbar, dass es durch jeweils abschnittsweises Profilieren und Biegen eines längeren Blechmaterials erfolgt. Hierbei wird jeweils abschnittsweise durch ein Profilieren und Biegen eines längeren Ausgangsmaterials der gewünschte Umformungszustand hergestellt und anschließend an einem nachfolgend zu bearbeitenden Abschnittes des Bleches wiederholt. Hierdurch ist es ebenfalls denkbar, dass das herzustellende Profil einen Biegewinkel von mehr als 360° erreicht, indem das Biegen wendelförmig erfolgt. Bei einer ebenen Biegung des herzustellenden Profils wäre ein Biegewinkel von maximal 360° möglich, da das herzustellende Profil dann mit nachfolgenden Abschnitten des Bleches zusammen stößt. Biegt man hingegen das herzustellende Profil aus der Biegeebene z.B. wendelförmig nach oben heraus, so lassen sich auch mehrfache Wendelungen oder dgl. wie etwa für Wärmetauscher oder dgl. Bauteile benötigt herstellen.
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Weiterhin ist es denkbar, dass die Biegestation derart gesteuert wird, dass das herzustellende Profil nach dem Biegen einen sich verändernden Biegeradius oder Abschnitte mit unterschiedlichem Biegeradius aufweist. Hierfür können die Biegewerkzeuge der Biegestation so gesteuert werden, dass der sich bildende Biegeradius des herzustellenden Profils sich kontinuierlich oder auch abschnittsweise unterschiedlich verändert. Damit lassen sich besonders komplexe Biegegeometrien einfach herstellen.
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Eine weitere Verbesserung der Umformung des Bleches des herzustellenden Profils lässt sich dadurch erreichen, dass das herzustellende Profil vor der Profilierungsstation und/oder vor der Biegestation erwärmt wird. Hierdurch wird die Umformgrenze des Materials des Bleches thermisch beeinflusst und die Umformung kann mit geringeren Kräften ausgeführt werden. Auch ist es denkbar, die Erwärmung zur gezielten Einstellung von Gefügeausbildungen des herzustellenden Profils auszunutzen, etwa indem der Erwärmung vor der Umformung eine entsprechende Abkühlung nach der Umformung nachgeschaltet wird, die eine gewünschte Gefügeänderung hervorruft.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Werkzeuganordnung an einer Biegemaschine zur Herstellung von gebogenen Profilen aus Blech, insbesondere Leichtbauprofilen, auf einer Biegemaschine, aufweisend eine Profilierungsstation und eine in Durchlaufrichtung des herzustellenden Profils nachfolgende Biegestation. Eine derartige Werkzeuganordnung wird dadurch weiter entwickelt, dass vor der Profilierungsstation eine Spanneinheit angeordnet ist, die im Zusammenwirken mit einer Spanneinrichtung an der Biegestation Zug- und/oder Druckspannungen und/oder Torsionsspannungen auf das zu profilierende Blech bis zum Ende der Biegestation aufbringt, die Profilierungsstation das zu profilierende Blech vor- oder endprofiliert, wobei die Profilierungsstation direkt vor der Biegestation angeordnet ist, und in der Biegestation die Biegewerkzeuge das zu profilierende Blech biegen und bei Bedarf ggf. die Querschnittsform des profilierten Bauteils fertig umformen. Die Vorteile und Eigenschaften der Aufbringung von Zug- und/oder Druckspannungen und/oder Torsionsspannungen im Bereich der Profilierungsstation und der Biegestation ist schon zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren erläutert worden, worauf hinsichtlich der Werkzeuganordnung voll inhaltlich Bezug genommen wird.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Spanneinheit parallel zur Längsachse des profilierten Blechs und seitlich dazu beweglich ausgebildet ist. Hierdurch können unterschiedlichste Spannungen durch entsprechende Relativverlagerung der Spanneinheit relativ zur Durchlaufrichtung des Bleches durch Profilierungsstation und Biegestation erzeugt werden, wodurch die Umformung des Bleches in Profilierungsstation und Biegestation vorteilhaft beeinflusst werden kann.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn an der Biegestation, vorzugsweise am Auslaufbereich der Biegestation, eine insbesondere backenartige Spanneinrichtung angeordnet ist, die mit der Spanneinheit zusammen wirkt und das zu profilierende und zu biegende Blech zusammen mit der Spanneinheit vorspannt. Durch die Klemmung des Bleches in der backenartigen Spanneinrichtung und gleichzeitig in der Spanneinheit kann das zu profilierende und zu biegende Blech in einen konstant aufgeprägten Spannungszustand gebracht werden, der während der gesamten Bearbeitung in der Profilierungsstation und Biegestation aufrecht erhalten bleibt und die jeweilige Spannung aufgrund der Einwirkung der Profilierungswerkzeuge und der Biegewerkzeuge überlagert. Hierzu kann die backenartige Spanneinrichtung so angeordnet werden, dass sie mit der Biegeeinrichtung synchron rotiert, wenn die z.B. rollenartigen Biegewerkzeuge verschwenkt werden bzw. das herzustellende Profil gegenüber diesen Biegewerkzeugen gebogen werden. Die Art der Spannung und deren Maß hängt dabei von dem jeweiligen Zusammenwirken von Spanneinheit und Spanneinrichtung ab, also etwa beim Aufbringen von Zugspannungen von dem Maß der Kraftausübung der Spanneinheit auf das Blech gegenüber der relativ zur Biegerolle ortsfesten Spanneinrichtung.
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Ebenfalls ist es denkbar, dass die Profilierungswerkzeuge der Profilierungsstation seitlich zur Durchlaufrichtung des zu profilierenden Blechs verstellbar sind, wodurch auch Profile mit variabler Wandstärke und/oder variablem Profilverlauf herstellbar sind. Dadurch können die Profilierungswerkzeuge der Profilierungsstation während des Durchlauf des zu profilierenden Bleches jeweils derart beeinflusst werden, dass sich das jeweilige Profil des Bleches verändert und dadurch sowohl die Wandstärke als auch der Profilverlauf beeinflussbar werden. Hierdurch können insbesondere komplexe, in ihrer Längsrichtung veränderliche oder gradierte Profile hergestellt werden.
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Weiterhin kann die Biegestation Biegevorrichtungen zum Rotationszugbiegen und/oder zum Drei-Rollen-Biegen aufweisen, die je nach Art der Biegung des Profils vorteilhaft für die Umformung sein können. Auch Kombinationen derartiger Biegevorrichtungen sind denkbar.
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Neben der Herstellung von offenen dünnwandigen Profilen ist es auch denkbar, geschlossene Profile oder Profile mit komplexen Querschnitten mit der erfindungsgemäßen Werkzeuganordnung herzustellen. Hierzu können zur Stützung von komplexen Profilen und Hohlprofilen, insbesondere Rohren, Dorne in das herzustellende Profil in den Bereich der Profilierungsstation und/oder Biegestation eingebracht werden, durch die Umformung des Profils und dessen Abstützung bei der Umformung verbessert werden.
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Ebenfalls ist es denkbar, eine Beschnittstation am Auslauf der Biegestation anzuordnen, die ein Beschneiden, insbesondere ein Ablängen des hergestellten Profils auf Fertigmaß erlaubt.
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Für komplexere, räumlich gebogene Profile ist es denkbar, eine Anzahl derartiger Werkzeuganordnungen für das Mehrebenen-Biegen der herzustellenden Profile auf Mehrebenen-Biegemaschinen vorzusehen, wobei jede der Werkzeuganordnungen für eine der Biegerichtungen zuständig ist.
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Umformtechnisch ist es weiterhin von Vorteil, wenn vor der Profilierungsstation und/oder vor der Biegestation Erwärmungsvorrichtungen, insbesondere induktive Erwärmungsvorrichtungen mit vorzugsweise gekühlten Rollen, angeordnet sind, mit denen das umzuformende Profil zusätzlich aufgeheizt werden kann. Durch die Erwärmung kann das Umformverhalten insbesondere problematisch umformbarer Werkstoffe entscheidend verbessert oder eine Umformung überhaupt erst ermöglicht werden.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeuganordnung zeigt die Zeichnung.
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Es zeigen:
- 1 - eine schematische Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus der erfindungsgemäßen Werkzeuganordnung an einer handelsüblichen CNC-Biegemaschine,
- 2 - erster Schritt einer Abfolge der Profilierung und des Biegens in der Werkzeuganordnung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Profilierung des herzustellenden Profils,
- 3 - zweiter Schritt einer Abfolge der Profilierung und des Biegens in der Werkzeuganordnung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Biegung des herzustellenden Profils,
- 4 - Profilierung und Biegen eines weiteren Abschnitts des Bleches in der Werkzeuganordnung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Rückstellung der Biegerolle,
- 5 - Darstellung der Umformstufen bei der Herstellung des herzustellenden Profils gemäß des Ablaufs in den 2 bis 4,
- 6 - Kalibrierung des Profilquerschnitts in der Biegestufe,
- 7 - eine schematische Darstellung einer Abwandlung der erfindungsgemäßen Werkzeuganordnung gemäß 1 zum Biegeprofilieren von längsverschweißten Rohren,
- 8 - schematische Darstellung der Biegeprofilierung eines längsverschweißten Rohres gemäß 7 mit innerem Dorngegenhalter.
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In der 1 ist eine schematische Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus der erfindungsgemäßen Werkzeuganordnung 18 an einer handelsüblichen CNC-Biegemaschine 19 zu erkennen, bei der ein von einem Coil 1 abgewickeltes Blech in einer Profilierungsstation 4 zu einem Blechquerschnitt 5 profiliert und in einer Biegestation 21 mit einer Biegerolle 9 anschließend an die Profilierungsstation 4 gebogen wird. Die Biegestation 21 weist hierfür eine Biegerolle 9 auf, die um eine Drehachse 16 herum verschwenkt werden kann. Die Biegestation 21 ist hierbei üblicher Bestandteil einer herkömmlichen Biegemaschine mit einer CNC-Steuerung zur Durchführung der einzelnen Bewegungen und bedarf nur der nachstehend aufgeführten Modifikationen, um die Kombination der Bearbeitung mittels Profilieren und Biegen zu ermöglichen. Die Biegerolle 9 weist üblicherweise an ihrem Außenumfang eine Profilform auf, die der fertigen Profilform des herzustellenden Profils 10 entspricht und in die sich das vorab in der Profilierungsstation 4 profilierte Blech 5 einlegen kann. Im Bereich der Biegerolle 9 ist angrenzend an die Biegerolle 9 ein Gegenhalter 6 angeordnet, der mit der Biegerolle 9 einen entsprechend dem Querschnitt des herzustellenden Profils 10 geformten Kanal für den Durchlauf des profilierten Blechs 5 aufweist und zusammen mit der Profilform der Biegerolle 9 dazu genutzt werden kann, die Profilierung des profilierten Bleches 5 noch einmal zu kalibrieren und nachzubearbeiten. Die äußere Profilform der Biegerolle 9 und die Profilform des Gegenhalters 6 bilden dafür eine Art Kalibrierungskanal, durch den das profilierte Blech 5 bei der Biegung mittels der Biegerolle 9 hindurch gezogen wird. Ebenfalls kann im Bereich der Biegerolle 9 ein an sich bekannter Faltenglätter 11 angeordnet werden, der eine Faltenbildung des profilierten Bleches 5 zusätzlich verhindern soll.
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Die Profilierungsstation 4 kann entweder eine Walzprofiliereinheit oder ein Werkzeugelement zum Gleitziehbiegen aufweisen, deren Profilierungswerkzeuge fest oder auch verstellbar angeordnet sind und dadurch die erzeugte Profilquerschnittsform auch entlang der Länge veränderlich herstellbar machen. Derartige Profilierungswerkzeuge sind grundsätzlich bekannt.
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Von wesentlichem Vorteil ist es, dass bei der erfindungsgemäßen Werkzeuganordnung 18 eine Vorspannung auf das zu profilierende Blech 2 aufgebracht werden kann, durch die die Umformung sowohl in der Profilierungsstation 4 als auch in der Biegestation 21 vereinfacht werden kann. Hierzu ist vor der Profilierungsstation 4 eine Spanneinheit 3 verschiebbar auf eine Führungsbett 15 der Biegemaschine 19 angeordnet, die das von dem Coil 1 abgewickelte Blech 2 umgreifen und mit nicht näher dargestellten Klemmeinrichtungen klemmen kann. Über die Spanneinheit 3 wird das Blech 2 gespannt und positioniert. Die Spanneinheit 3 kann dabei synchron mit dem Vorschub des abgewickelten Bleches 2 in Vorschubrichtung 13 bewegt werden, so dass die Spanneinheit 3 dem Vorschub des vom Coil 1 abgewickelten Blechs 2 folgt und beim Biegen in Profillängsachse mitfährt und die Spannungsüberlagerung aufrecht hält. An der Spanneinheit 3 kann ebenfalls eine Torsionseinheit 22 angeordnet werden, mit der durch Verdrehen der Torsionseinheit 22 etwa um die Vorschubrichtung 13 Torsionsspannungen in das abgewickelte Blech 2 eingebracht werden können.
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Die Spanneinheit 3 wirkt dabei zur Erzeugung der Spannungen mit einer Spanneinrichtung 7 zusammen, die an der Biegerolle 9 festgelegt ist und mit der Schwenkbewegung der Biegerolle 9 um die Schwenkachse 16 ebenfalls mit verschwenkt wird. Die Spanneinrichtung 7 ist dabei backenartig ausgebildet und kann auf einer Führung 20 auf die Biegerolle 9 zu und von der Biegerolle 9 weg gefahren werden. Dabei kann beim Zufahren der Spanneinrichtung 7 ein zwischen Biegerolle 9 und Spanneinrichtung 7 befindlicher Endabschnitt des gebogenen Profils 10 an der Biegerolle 9 geklemmt werden, wozu die Spanneinrichtung 7 ähnlich profiliert wie der Gegenhalter 6 ausgebildet sein kann. Es ist aber auch denkbar, die Spanneinrichtung 7 nicht profiliert auszubilden, z.B. flach oder auch gerundet.
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Zwischen Spanneinheit 3 und Spanneinrichtung 7 kann nun das durch die Profilierungsstation 4 und die Biegestation 21 durchtretende Blech mit Zug- und/oder Druckspannungen und/oder Torsionsspannungen belastet werden. Zur Erzeugung von Zugspannungen in dem Blech 2 kann die Spanneinheit 3 etwa entgegen der Vorschubrichtung 13 des von dem Coil 1 abgewickelten Bleches 2 von einer Antriebseinheit 14 bewegt werden und dadurch an dem Blech 1 ziehen, das im Bereich der Biegestation 21 von der Spanneinrichtung 7 an der Biegerolle 9 geklemmt festgelegt ist. Druckspannungen können dadurch in das Blech 2 eingebracht werden, indem die Spanneinheit 3 das Blech 2 zusätzlich in Richtung auf die Profilierungsstation 4 drückt. Torsionsspannungen in dem Blech 2 lassen sich, wie in der 1 nicht näher angegeben, dadurch erzeugen, dass die Spanneinheit 3 gegenüber der Vorschubrichtung des Bleches 2 verdreht wird. Diese durch die Spanneinheit 3 in Zusammenwirken mit der Spanneinrichtung 7 zusätzlich in das umzuformende Blech 2 eingebrachten Spannungen wirken dabei über die ganze Länge zwischen Spanneinheit 3 und Spanneinrichtung 7 auf das zu profilierende und zu biegende Blech 2 und damit neben dem Bereich der Profilierungsstation 4 auch im Bereich der Biegestation 21. Diese zusätzlich in das umzuformende Blech 2 eingebrachten Spannungen wirken hierbei positiv auf das Umformverhalten des Bleches 2 in der Profilierungsstation 4 und in der Biegestation 21 und vereinfachen dadurch die jeweilige Umformung.
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Zunächst wird das Blech 2 bereitgestellt. Hierzu wird entweder, wie nicht dargestellt, ein Blechstreifen definierter Länge zugeführt oder ein entsprechendes Stück Blechband von einem Coil 1 abgewickelt. Das Blech 2 wird von der Spanneinheit 3 gespannt und in der erforderlichen Länge abgewickelt. Durch die Spanneinheit 3 und die Spanneinrichtung 7 können dann wie beschrieben die Zug-/Druckspannungenals auch Torsionsspannungen in den Umformprozess eingebracht werden. Durch eine Profilierungsstation 4 wird die gewünschte Profilgeometrie des profilierten Blechs 5 entweder vorprofiliert oder auch gleich fertig profiliert. Hierbei kann ein Vorformen oder Ausformen des profilierten Blechs 5 durch eine nicht weiter erkennbare vorgeschaltete Walzprofiliereinheit und/oder durch ein Werkzeugelement zum Gleitziehbiegen erfolgen. Die etwa als Walzrollen ausgebildeten Profilierungswerkzeuge der Walzprofiliereinheit können dabei auch seitlich verstellt werden, so das auch profilierte Bleche 5 mit variablen Wandstärken oder variablem Profilverlauf hergestellt werden können. Auch eine mehrstufige Walzprofilierung oder Kombination mit einem Gleitziehbiegen durch hintereinanderschalten von mehreren Profilierungsstationen 4 ist ebenfalls denkbar. Enge Radien und Geometrieabweichungen des in der Profilierungsstation 4 profilierten Blechs 5 können dann in der Biegestation 21 mittels des Gegenhalters nachkalibriert werden. In der nachfolgenden Profilbiegestufe finden dann in der Biegestation 21 zwei Prozessschritte gleichzeitig statt. Das vorgeformte profilierten Blech 5 wird gebogen und gleichzeitig kann die Querschnittsform während des Profilbiegeprozesses in dem Biegewerkzeug, hier der Biegerolle 9, fertig umgeformt werden. Dies kann in der Biegestation 21 sowohl durch Werkzeuge zum Rotationszugbiegen wie mittels der Biegerolle 9 als auch durch ein nicht abgebildetes Drei-Rollen-Biegen erfolgen.
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In den 2 bis 4 ist in aufeinanderfolgenden Schritten eine Abfolge der Profilierung und des Biegens eines ebenen Bleches 2 in der Werkzeuganordnung 18 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Profilierung des herzustellenden Profils 10 in der Profilierungsstation 4 und Biegen in der Biegestation 21 abgebildet. Die 2 zeigt den Zustand des ebenen Bleches 2 nach dem Durchlaufen der Profilierungsstation 4, bei der das Blech 2 hier als ein Beispiel etwa dachförmig zu dem profilierten Blech 5 vorprofiliert wird. Das Ende dieses vorprofilierten Blechs 5 tritt in der 2 gerade in den Bereich der Biegestation 21 ein und wird durch die Spanneinrichtung 7 an der Biegerolle 9 geklemmt. In der 3 hat sich die Biegerolle 9 mit dem daran geklemmten profilierten Blech 5 um ca. 90° gedreht und das vorher profilierte, aber gerade profilierte Blech 5 etwa halbkreisförmig zu dem gebogenen Profil 10 gebogen. Während des Biegens rotiert die Spanneinrichtung 7 mit der Biegerolle 9 mit, so dass die Spannungsüberlagerung zwischen Spanneinheit 3 und Spanneinrichtung 7 über den gesamten Biegeprozess aufrecht gehalten wird. Die Biegerolle 9 bildet hierbei die innere Kontur des gebogenen Profils 10 ab. Die Biegerolle 9 dient als Stütze und formgebendes Element beim Umformen des Profils 10. Durch die Kombination mit der Spannungsüberlagerung und dem Gegenhalter 6 kann das gebogene Profil 10 in der Biegestation 21 auch kalibriert werden.
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In der 4 ist das Profilieren und Biegen eines weiteren Abschnitts des ebenen Bleches 2 zu erkennen, nachdem sich die Biegerolle 9 wieder in ihre Ausgangslage zurück gedreht hat und ein nachfolgender Abschnitt des ebenen Bleches 2 profiliert wurde und nun als profiliertes Blech 5 zum Biegen an der Biegerolle 9 anliegt. Der vorher gemäß 3 profilierte und gebogene Abschnitt des herzustellenden Profils 10 steht über die Biegerolle 9 heraus und kann etwa mittels einer Beschnitteinheit 8 mit einem Messer oder dgl. abgetrennt werden.
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In den 3 und 4 sind schematisch vor der Profilierungsstation 4 und der Biegestation 21 Erwärmungseinrichtungen 12 angedeutet, etwa induktive oder konduktive Erwärmungseinrichtungen 12, mit denen das ebene Blech 2 vor der Profilierungsstation 4 und oder das profilierte Blech 5 vor der Biegestation 21 gezielt erwärmt werden kann, wodurch der Profilierungsvorgang bzw. der Biegevorgang durch das Herabsetzen der Umformspannung vereinfacht werden kann und die Rückfederung minimiert wird.
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Die Prozessabfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich etwa wie folgt zusammen fassen:
- 1. Zufahren der Spanneinrichtung 7 und Spannen des vorderen Teils des profilierten Blechs 5 zwischen Biegerolle 9 und Spanneinrichtung 7.
- 2. Öffnen der Spanneinheit 3 und Positionierung der Spanneinheit 3.
- 3. Spannen des hinteren Teils des ebenen Blechs 2 und Aufbringung der Spannungsüberlagerung durch die Spanneinheit 3.
- 4. Umformprozess: Dabei wird die Biegerolle 9 um einen vorgegebenen Wert und die Drehachse 16 verdreht, wobei die Spanneinheit 3 mit fährt und die Spannung aufrecht hält. Während des Umformprozesses wird der mittlere Teil des ebenen Blechs 2 in einer oder mehreren Stufen in der Profilierungsstation 4 profiliert und das profilierte Blech 5 in der Biegestation 21 kalibriert und gebogen.
- 5. Öffnen der Spanneinrichtung 7 und das Zurückfahren der Biegerolle 9 in die Ausgangsposition. Beim Öffnen der Spanneinrichtung 7 wird die Spannungsüberlagerung gelöst.
- 6. Wiederholung von Schritt 1: Zufahren der Spanneinrichtung 7 und Spannen des vorderen Teils des profilierten Blechs 5 zwischen Biegerolle 9 und Spanneinrichtung 7. Allerdings wird jetzt beim Schließen der Spanneinrichtung 7 der bereits gebogene Teil des Profils 10 durch die Beschnitteinheit 8 abgetrennt.
- 7. Wiederholung ab 2.
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Die wichtigsten Funktionen der Werkzeuganordnung 18 und des Verfahrens sind:
- • Vorrichtung zur Aufnahme eines Coil 1 als Bandmaterial für eine CNC-Biegemaschine
- • Spanneinheit 3 zum Abwickeln des ebenen Blechs 2, Positionieren des ebenen Blechs 2, sowie zur Zug-/Druck- und/oder Torsionsüberlagerung
- • Werkzeugelemente in der Profilierungsstation 4 zum Umformen der Profilgeometrie durch Walzprofilieren/Gleitziehbiegen
- • Werkzeugelemente 9 in der Biegestation 21 zum Biegen der Profilgeometrie durch Rotationszugbiegen oder Drei-Rollen-Schubbiegen
- • Bereitstellen der Funktion zum Beschneiden 8 des hergestellten Profils innerhalb des Werkzeuganordnung 18
- • Bereitstellen einer integrierten Werkzeuglösung der Werkzeugelemente 4, 21 zu einem Gesamtwerkzeug
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Als weitere Variationen des Verfahrens sind denkbar:
- • Das Ausgangsmaterial zum Profilieren/Biegen kann ein Blechstreifen 2 von einem Coil 1, ein Blechstreifen 2 definierter Länge oder ein schon profilierter Blechstreifen 2 sein.
- • Die Wandstärke des profilierten und gebogenen Blechs 10 kann sowohl konstant als auch variabel sein.
- • Es können sowohl offene als auch geschlossene Querschnitte profiliert und gebogen werden
- • Es ist denkbar, Rohre als Ausgangsmaterial zu profilieren und zu biegen. Dazu wird z.B. ein Blechstreifen 2 zu einem Rohr geformt, verschweißt und anschließend gebogen. Dazu wird die Werkzeuganordnung 18 zwischen der Profilierungsstation 4 und der Biegestation 21 um eine Schweißvorrichtung ergänzt.
- • Es ist denkbar, auch bereits profilierte Querschnitte weiter umzuformen (z.B.
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Rundrohre zu ovalen Rohren) und diese anschließend zu biegen.
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In der 5 ist eine Darstellung der Umformstufen bei der Herstellung des herzustellenden Profils 10 gemäß des Ablaufs in den 2 bis 4 zu erkennen, wobei das ebene Blech (Teilfigur unter 1.) zu einem etwa dachförmigen Querschnitt vorprofiliert (Teilfigur unter 2.) und anschließend gebogen (Teilfigur unter 3.) und kalibriert wird. Hierbei kann gemäß 6 die Kalibrierung des Profilquerschnitts in der Biegestufe dazu dienen, die Winkel und vor allem die Radien in den Ecken des vorprofilierten Blechs 5 zu optimieren.
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Die 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Abwandlung der erfindungsgemäßen Werkzeuganordnung gemäß 1 zum Biegeprofilieren von längsverschweißten Rohren, bei dem in der Profilierungsstation 4 ein runder, weitgehend geschlossener Querschnitt des profilierten Bleches 25 hergestellt wird. Der genauere Ablauf dieser Profilierung zum Rohr 25 ist aus der 8 zu entnehmen, in der eine schematische Darstellung der Biegeprofilierung eines längsverschweißten Rohres 28 gemäß 7 mit innerem Dorngegenhalter 26 dargestellt ist. Das profilierte Rohr 25 wird dabei zusätzlich zur Profilierung in der Profilierungsstation 4 durch den Dorngegenhalter 26 so etwa rund oder elliptisch geformt, dass die beiden Kanten des abgewickelten Bleches 2, ggf. etwas voneinander beabstandet, nebeneinander zu liegen kommen und einen Raum 24 für eine Schweißnaht 27 bilden, die durch eine nur schematisch angedeutete Schweißeinrichtung mit einer Schweißelektrode 23 hergestellt wird und damit ein längsnahtverschweißtes Rohr 28 herstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1 -
- Coil
- 2 -
- abgehaspeltes umzuformendes Blech
- 3 -
- Spanneinheit
- 4 -
- Profilierungsstation
- 5 -
- profiliertes Blech
- 6 -
- Gegenhalter
- 7 -
- backenartige Spanneinrichtung
- 8 -
- Beschnitteinheit
- 9 -
- Biegerolle
- 10 -
- profiliertes und gebogenes Blech
- 11 -
- Faltenglätter
- 12 -
- Erwärmungseinrichtung
- 13 -
- Vorschubrichtung Blech
- 14 -
- Nachstellrichtung Spanneinheit
- 15 -
- Führungsbett
- 16 -
- Drehachse Biegerolle
- 17 -
- Einstellrichtungen Profilierungswerkzeuge
- 18 -
- Werkzeuganordnung
- 19 -
- Biegemaschine
- 20 -
- Führung Spanneinrichtung
- 21 -
- Biegestation
- 22 -
- Dreheinrichtung
- 23 -
- Schweißelektrode
- 24 -
- Raum für Schweißnaht
- 25 -
- profiliertes Rohr
- 26 -
- Dorngegenhalter
- 27 -
- Schweißnaht
- 28 -
- längsverschweißtes Rohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10225036 A1 [0004]
- DE 102005000893 A1 [0004]
- DE 102011117769 A1 [0004]