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Verfahren und Einrichtung zur plastischen Umformung bandartiger Werkstücke
im Bereich ihrer unbearbeiteten Kanten Die Erfindung ist für die Bearbeitung beliebiger
plastisch verformbarer bandartiger Werkstoffe mit beliebigen Querschnittsabmessungen
verwendbar. Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung anodisierter
streifenförmiger elektrischer Leiter aus dünnem Aluminiumblech.
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Nach bekannten Verfahren werden derartige streifenförmige elektrische
Leiter in der Weise hergestellt, daß handelsübliche Blechbahnen von z. B. 2 mm Stärke
längs paralleler Linien, deren gegenseitiger Abstand die Breite der herzustellenden
Streifenleiter bestimmt, in einzelne Streifen von z. B. 100 mm Breite zerschnitten
werden. Im Rahmen dieser bekannten Verfahren hat es sich als nachteilig erwiesen,
daß unabhängig von der Schneidenform der verwendeten Schneidvorrichtungen die Schnittkanten
der Streifen ein für die anodische Oberflächenbehandlung recht ungünstiges mikroskopisch
unregelmäßiges Oberflächenbild zeigen, weil dort harte Stellen, Kornbildungen, Gruben
und andere Oberflächenunebenheiten auftreten. Wenn eine derartige Oberfläche eine
Anodisierung erfährt, ohne daß die betreffenden Schnittkanten einer entsprechenden
Vorbehandlung, beispielsweise einem Verformungsvorgang, unterzogen werden, dann
zeigt sich, daß sich der anodisch aufgebrachte Oberflächenbelag ganz unregelmäßig
über die betreffenden Flächen und Kanten des behandelten Band-bzw. Streifenmaterials
verteilt und für viele Zwecke unbrauchbar ist.
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Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Kantenumformung von derartigem
Band als Vorbehandlung für eine sich anschließende Anodisierung bekannt. Beispielsweise
können die unregelmäßig verlaufenden Kanten gebürstet werden. Es ist auch ein planmäßiges
Abschmelzen dieser scharfen Kanten zur Erzeugung sanft konvex verlaufender Kanten
oder auch eine Längsfaltung des abgeschnittenen Streifens derart möglich, daß ein
verdickter Streifenleiter mit runden Seitenkanten gebildet wird.
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Ein weiteres bekanntes Verfahren, das nicht auf die Herstellung anodisierter
Streifenleiter beschränkt, sondern allgemein auf Bandmaterial anwendbar ist, besteht
in einer plastischen Umformung der Bandkanten. Das für Sägen zu verwendende Streifenmaterial
wird zwischen doppelt konischen Rollen hindurchgeführt, deren Achsen senkrecht zur
Streifenlängsrichtung verlaufen und die eine keilartige Verformung des Kantenbereichs
bewirken. Infolge der auftretenden Verformungskräfte erfolgt ein ; Fließen des Bandmaterials,
wodurch das Band breiter und dünner wird. Gleichzeitig erfolgt eine Längung des
gesamten Bandes. Bei diesen Verfahren erweist es sich als nachteilig, daß infolge
der plastischen Umformung der Kantenbereiche auch eine Verformung der Bandmitte
erfolgt, die man durch Längswalzen ausgleichen muß. Diese Verformung der Bandmitte
ist unerwünscht, weil hierdurch zum einen die Banddicke abnimmt und zum anderen
unerwünschte Strukturänderungen innerhalb des Bandmaterials auftreten können.
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Demgegenüber ermöglicht die Erfindung allein eine Verformung der Kantenbereiche
von Bandmaterial ohne gleichzeitige Beeinflussung der Bandmittenbereiche. Erreicht
wird dies, indem auf einen oder mehrere Kantenbereiche des Werkstücks mindestens
mit je einem Rollenpaar eingewirkt wird, das eine zur Vorschubrichtung des Bandes
schräge Achslage aufweist. Hiermit wird der Werkstoff bei gleichbleibender Querschnittsfläche
des Werkstücks entsprechend der beabsichtigten Stumpfkeilform von innen nach außen
umgelagert. Da die Querschnittsfläche des Bandes dauernd gleich groß bleibt, entstehen
im Mittenbereich des Bandes keine Spannungen; die Bandlänge bleibt also dieselbe.
Der Werkstoff wird nur durch Breiten vom Kantenbereich nach außen verlagert.
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Der Winkel, den die Rollenachsen, in Vorschubrichtung des Bandes gesehen,
mit dessen Längsrichtung einschließen, ist ein spitzer.
Die Erfindung
wird nunmehr beispielsweise unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es stellt
dar Fig. 1 eine Schemadarstellung, aus welcher die Herstellung eines durch anodische
Oberflächenbehandlung isolierten Streifenleiters entnommen werden kann, Fig. 2 eine
Aufsicht auf eine Rollenstuhlanordnung zur Kantenverformung, Fig. 3 einen Querschnitt
3-3 durch diese, Fig.4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3, Fig. 5 einen
Aufriß eines Teils des vorderen Rollenstuhls, wobei die Verformungsrollen in einer
Stellung dargestellt sind, die sie vor ihrer Einstellung für den Verformungsvorgang
mit Bezug auf das zu verformende Profilmaterial einnehmen, und wobei dieses Profilmaterial
selbst mit stark übertriebener Dicke dargestellt ist, Fig.6 eine Ansicht ähnlich
Fig.5 eines anderen Rollenstuhls, Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig.
2, Fig.8 eine Aufsicht auf eine Rollenhalterung für die jeweils oberen Verformungsrollen,
Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie 9-9 in Fig. 8, Fig.10 einen Teilquerschnitt
durch ein Band vor der Verformung seiner Kanten, Fig.ll einen Teilquerschnitt durch
den im vorderen Rollenstuhl bereits teilweise verformten Materialstreifen, Fig.12
einen Teilschnitt durch den nach Durchgang durch den nachgeschalteten Rollenstuhl
endgültig verformten Materialstreifen und Fig. 13 einen Teilschnitt durch einen
Materialstreifen, der seine Kantenform durch Bearbeitung in vier Rollenstühlen erhalten
hat.
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Das von der Vorratsrolle 10 abgezogene Band 11 wird zwischen Führungsrollen
12 hindurchgeführt, die eine nachgiebige Oberfläche haben können. Von da gelangt
das Band zur Kantenverformungsstation, die allgemein mit der Bezugsziffer 13 bezeichnet
ist und einen oder mehrere Verformungsrollenstühle aufweist, wobei im Ausführungsbeispiel
ein vorderer Rollenstuhl 14 und ein nachgeschalteter Rollenstuhl 15 vorgesehen sind.
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Das Band, dessen Kanten in der Verförmungsstation 13 verformt wurden,
wird sodann durch eine Behandlungsstation hindurchgeführt, an der etwa noch anhaftende
Materialspäne entfernt werden, was beispielsweise durch Vorbeiführen an einer vertikal
angeordneten, umlaufenden Bürste geschehen kann, die schematisch bei 16 angedeutet
ist. Sodann läuft das Band 11 über Führungsrollen 17 in ein herkömmliches Anodisierungsbad
18 ein, passiert anschließend ein (in der Zeichnung nicht dargestelltes) Beizbad
und gelangt dann über Führungsrollen 19 auf eine umlaufende Materialrolle 20, die
mittels eines Antriebs 21 angetrieben wird und dazu dient, einerseits das ganze
Band unter Spannung durch die Behandlungsanlage hindurchzuziehen und andererseits
auf der Vorratsrolle 20 aufzuspulen.
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Die Verformungsstation ist in ihren Einzelheiten in Fig.2 und 3 der
Zeichnungen dargestellt. Eine Ausführungsform einer solchen Verformungsstation nach
der Erfindung weist eine fest angeordnete Halteplatte 22 auf, die mittels Beinen
oder Stützböcken auf einer Grundfläche 23 ruht, an der sie bei- f spielsweise mittels
Schrauben 24 befestigt ist. An der den Führungsrollen 12 zugelegenen Seite der Verformungsstation
ist ein vorderer Verformungsrollen-Stuhl angeordnet. Dieser ist mittels Stützböcken
25 und 26 abgestützt, die an die Halteplatte 22 angeschraubt sind. Auf diesen Stützböcken
ruhen Führungsschienen 27 und 28, die also innerhalb einer Horizontalebene in einem
bestimmten Abstand oberhalb der Halteplatte 22 liegen.
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Auf den Führungsschienen 27 und 28 sind zwei Schlitten 29 und 30 verschiebbar,
welche die einzelnen Verformungsrollen mit Bezug auf den zu behandelnden Materialstreifen
in Stellung halten. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind beide Schlitten mit reibungsmindernden
Mitteln, beispielsweise mit Kugellagern ausgestattet, deren Kugeln außen an den
Führungsschienen 27 und 28 anliegen und vom äußeren Kugellagerlaufring 31 bzw. 32
zusammengehalten werden. In der Mitte jedes dieser beiden Schlitten ist eine Durchgangsöffnung
angebracht; durch die eine Verbindungsstange 33 lose hindurchragt, die an ihren
beiden Enden 34 und 35 mit Gewinde versehen ist. Auf diese Gewindeenden sind Stellmuttern
36 und 37 aufgeschraubt, an welchen die Enden von Druckfedern 38 und 39 anliegen,
deren jeweils andere Enden an den Stirnflächen der Schlitten 29 und 30 anliegen.
Der Federdruck kann durch Verstellung der Stellmuttern auf denjenigen Wert eingestellt
werden, welcher dem zu behandelnden Material und der Neigung der kegeligen Flächen
der Verformungsrollen entspricht. Wird beispielsweise ein Aluminiumstreifen behandelt,
so wird die Federwirkung so eingestellt, daß die Schlitten leicht von Hand auseinandergeschoben
werden können, wenn das zu behandelnde Band 11 zwischen die Verformungswalzen der
Einrichtung geschoben wird.
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Wie aus Fig. 3 und 4 der Zeichnungen zu ersehen ist, sind an den Unterseiten
der Schlitten 29 und 30 Haltewinkel 40 und 41 angeordnet. Diese Haltewinkel
sind an den betreffenden Schlitten befestigt und dienen als Befestigung für längliche
Walzenhalter 42 und 43, die beispielsweise mittels Schrauben 44 und 45 an den Haltewinkeln
befestigt sind. Die Walzenhalter verlaufen jeweils unter einem spitzen Winkel mit
Bezug auf die Bewegungsrichtung des zu behandelnden Bandes. Die Unterflächen der
Walzenhalter 42 und 43 stützen sich auf der Oberfläche der Halteplatte 22 ab. Wie
aus der vergrößerten Darstellung der Fig. 5 zu ersehen ist, sind in den unteren
Rollenhaltern kegelförmige Verformungsrollen 46 und 47 mittels einstellbarer Gegenmuttern
48 und 49 gehalten. Die drehbare Lagerung der Verformungsrollen an den Rollenhaltern
kann in beliebiger Weise geschehen, beispielsweise mittels Bronzeringen oder Nadellagern.
Die Achsen der Rollen 46 und 47 liegen zweckmäßig in derselben Horizontalebene;
beide Rollen haben zweckmäßig dieselben Abmessungen. Der zwischen den Rollenachsen
und der Bewegungsrichtung des Bandes gebildete Winkel kann in Abhängigkeit von verschiedenen
Faktoren verschieden groß sein. Es hat sich gezeigt, daß die aus der Zeichnung ersichtliche
Einstellung eines stumpfen Winkels von etwa 105° die besten Ergebnisse bringt.
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Die Verformungsrollen sind mit abgerundeten Stirnseiten versehen;
die konischen Walzenflächen gehen in der Nähe der anderen Stirnseiten der Rollen
allmählich in zylindrische Mantelflächen über. Die Neigung der konischen Mantelflächen
der Verformungsrollen kann jeden beliebigen Wert annehmen,
doch
hat sich gezeigt, daß beim vorderen Rollenstuhl 14 ein Neigungswinkel von 22° und
beim hinteren Rollenstuh115 ein solcher von 45° beste Ergebnisse zeitigt, sofern
es sich um die Herstellung eines üblichen Streifenleiters bei schrittweiser Verformung
handelt.
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Aus den Rollenhaltern 42 und 43 ragen in der Nähe der Lagerungen der
Rollen 46 und 47 Gewindestifte 50 und 51 durch Bohrungen der oberen Rollenhalter
52 und 53 hindurch. Das obere Rollenhalterpaar hat zweckmäßig dieselben Abmessungen
wie das mit ihm zusammenwirkende untere Rollenhalterpaar. Die oberen Rollenhalter
können unter der Führungsschiene 28 derart angeordnet sein, daß sie eng an derselben
anliegen. Sie sind mittels Gegenmuttern 54 und 55 einstellbar an den Gewindestiften
befestigt. Ihre Hinterkanten 62 und 63 liegen gemäß Fig.2 lose an den Seitenflanken
der Rollenhalter 29 und 30 an.
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Wie aus Fig.5 ersichtlich, sind die oberen Verformungsrollen 56 und
57 mittels Gegenmuttern 58 und 59 an den oberen Rollenhaltern 52 und 53 befestigt.
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Aus Fig. 9 der Zeichnungen ist ersichtlich, daß sich die Zylinderflächen
der Verformungsrollen 56 und 46 während des Verformungsvorganges berühren. Da aber
der Abstand der Rollenhalter 52 und 42 durch Einstellung der Gegenmuttern 54 an
den Gewindestiften 50 bestimmt ist, können die Rollen auf beliebigen Abstand eingestellt
werden. Durch Lagerringe 60 und 61 ist gesorgt, daß die Rollen leicht drehbar sind,
während eine Axialverschiebung der Rollen durch die Gegenmuttern 48 und 58 verhindert
wird.
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Weiterhin ist ein zweiter Rollenstuhl 15 vorgesehen, welcher wie der
zuvor beschriebene aufgebaut ist; er ist in Fig. 2 und 6 dargestellt. Seine Bezugsziffern
sind um 100 gegenüber denjenigen der entsprechenden Teile des ersten Rollenstuhles
erhöht. Es erübrigt sich daher eine alle Bezugsziffern aufführende Beschreibung
desselben.
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Auch die Rollen 146, 147 des zweiten Rollenstuhles entsprechen
in ihrem Aufbau im wesentlichen den Rollen 46 und 47 des ersten Rollenstuhles. Bei
den Rollen des zweiten Rollenstuhles ist jedoch die Konizität größer. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Neigungswinkel der konischen
Teile der Rollen 146 und 147 etwa 45° mit Bezug auf die Rollenachse, im Gegensatz
zu dem kleineren Neigungswinkel von 22° bei den Rollen 46, 47, 56 und 57 des ersten
Rollenstuhles. Da die Rollen 146 und 147 mit einem steileren Einstellwinkel an dem
zu verdrängenden Metall anliegen und folglich einen größeren Schub ausüben, müssen
die Druckfedern 138 die beiden Schlitten 129, 130 mit größerem Druck zusammenhalten.
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Die Kantenumformung nach der Erfindung vollzieht sich auf folgende
Weise: Es sei angenommen, daß der in Fig. 2 und in Fig. 8 in gestrichelten Linien
und in Fig.10 im Teilschnitt dargestellte Materialstreifen 11 so verformt werden
soll, daß er die in Fig.12 im Teilschnitt dargestellte Kantenform bekommt. Diese
Kantenform ist notwendig, wenn der Streifen durch eine anodische Oberflächenbehandlung
isoliert werden soll. Der Streifen weist zu Beginn eine unregelmäßige Schnittfläche
auf, die im allgemeinen in der Ebene A-A liegt, durch welche die Streifenbreite
bestimmt wird (Fig. 10). Der Streifen wird nun zwischen den Rollen der beiden Rollenstühle
durchgeführt und dann, nach Durchlaufen des Anodisierungsbades an der Materialrolle
20 aufgewickelt. Der die Einrichtung betätigende Arbeiter zieht die Stellmuttern
54 und 55 des vorderen Rollenstuhls und anschließend die Stellmuttern 154 und 155
des nachgeschalteten Rollenstuhls um den gewünschten Betrag an, worauf die Materialspule
20 mit normaler Drehzahl in Drehung versetzt werden kann. Durch das Festziehen der
Stellmuttern werden die Kanten des Materialstreifens 11 in Berührung mit den konischen
Oberflächen der Verformungsrollen gehalten. Es tritt keine Materialverdrängung in
Richtung zur Streifenmitte hin ein. Infolgedessen braucht der Mittelteil des Streifens
nicht besonders abgestützt zu werden.
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Fig.2 und 8 lassen die Verformung des Kantenbereichs erkennen. Ein
Kantenbereich kommt zunächst längs der Ebene A-A nach Fig. 10 mit einem Teil des
Umfangs der konischen Verformungsrollen in Berührung. Beim Durchlauf durch den ersten
Rollenstuhl wird der betreffende Kantenbreich verbreitert, so daß er sich nach dem
Durchlauf bis zu der Ebene C-C erstreckt. Diese Verbreiterung ist in Fig. 8 angedeutet
und in Fig. 11 sichtbar. Unter der Verformungswirkung der Rollen wird in dem Bereich
zwischen den Ebenen A-A und B-B Bandmaterial nach außen, d. h. von der Bandmitte
weg verlagert. Nach dem Durchgang durch den ersten Rollenstuhl hat der Kantenbereich
zwischen den Ebenen B-B und C-C einen im wesentlichen stumpfkeilförmigen Verlauf,
wobei die Neigungswinkel der Begrenzungsflächen der Konizität der Rollen 46 und
56 entsprechen.
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Durch dienachgiebige Schräganordnung derRollenpaare erreicht man eine
Verdrängung von Bandmaterial im Kantenbereich nach außen. Diese Verdrängung erfolgt
im wesentlichensenkrechtzurBandlängsrichtung, so daß keine Schubkräfte in Längsrichtung
des Bandes auftreten. Die Querschnittsfläche (nicht aber die Querschnittsform) bleibt
während des Umformens immer dieselbe.
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Die Rollenpaare werden jeweils infolge der Druckkraft der Federn 38
und 39 in dem gewünschten Maße gegen das Band gedrückt. Infolgedessen liegt das
verdrängte Bandmaterial fest an der konischen Oberfläche der Verformungsrollen an,
ohne in Form eines dünnen Grates seitlich ausweichen zu können.
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Durch das Abwickeln des Bandes von der Vorratsrolle 10 können in bezug
auf das sich vorwärts bewegende Band verschiedene Kippmomente auftreten, wenn das
Band nicht gleichmäßig aufgewickelt ist. Diese Momente werden von den Druckfedern
38 und 39 aufgenommen, da dieselben längs ein und derselben Verbindungsstange 33
wirken, so daß die beiden Schlitten 29 und 30 des Rollenstuhles selbsttätig in die
jeweils richtige Arbeitsstellung geschoben werden, ohne daß die Rollwirkung als
solche in irgendeiner Weise beeinflußt wird.
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Nach Verlassen des ersten Rollenstuhles durchläuft das Band den nachgeschalteten
Rollenstuhl 15.
Hier erfährt es eine ähnliche Verformung, die eine noch stärkere
Verjüngung der Seitenflanken des Bandmaterials bewirkt. Beim Einlauf in den Rollenstuhl
15 berühren die in der Ebene C-C verlaufenden Kanten des Bandmaterials die betreffenden
Rollen, wobei infolge der Konizität dieser Rollen das Bandmaterial in die in Fig.12
gezeigte Form gebracht
wird. Infolge der seitlichen Verdrängung
von Bandmaterial erstreckt sich das Band nunmehr bis zur Ebene D-D bzw. der Rundung
66, Der Streifenleiter hat gemäß Fig. 12 vier sich sanft verjüngend verlaufende,
gerollte Oberflächen 64 und 65, die über glatt verlaufende, ebenfalls gerollte Oberflächen
67 und 68 in die oberen und unteren Planflächen des Streifenleiters übergehen. Die
Glätte dieser gerollten Oberflächen ist darauf zurückzuführen, daß die Außenfaser
des Streifenmaterials durch die schräggestellten Verformungsrollen gestreckt wird,
wodurch ein Teil der äußeren Materialschicht in den stumpfkeilförmigen Raum verdrängt
wird. Die Abrundung der Bandflanken kann noch weiter verbessert werden, indem dieses
Material durch eine noch größere Anzahl von Rollenstühlen mit Rollen jeweils verschiedener
Konizität hindurchgeführt wird: So zeigt beispielsweise Fig. 13 der Zeichnungen
eine Bandflanke, deren Flankenform durch einen Durchgang durch vier Walzenstühle
erzeugt wurde. Um einen noch sanfteren Übergang zwischen den einzelnen Rollenflächen
sicherzustellen, können die Verformungsrollen auch mit konkaver Umfangsfläche ausgestattet
sein.
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Es hat sich gezeigt, daß bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Umformungsverfahrens bei bestimmten Arten von Aluminiumstreifen Materialspäne auftreten,
die in Fig. 12 durch die gestrichelten Linien 100 und 101 angedeutet sind. Diese
Materialspäne haften zuweilen an den gerollten Materialkanten an. Sie fallen im
allgemeinen im Zuge des Vorschubes des Bandmaterials ab, bevor dasselbe die Führungsrollen
17 erreicht. Falls gewünscht, kann jedoch eine Bürste 16 oder eine andere Einrichtung
zur Entfernung dieser Materialspäne vorgesehen sein.
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Für den Fachmann ergeben sich in Kenntnis der Erfindung zahlreiche
Abwandlungsmöglichkeiten. So kann beispielsweise, wenn nur eine einzige Kante des
Streifenmaterials verformt werden soll, die gegenüberliegende Kante in einer Rolle
geführt sein, die in üblicher Weise mit einer Führungsnut versehen ist, während
die Verformungsrollen in der vorbeschriebenen Weise schräggestellt und in einem
der Rollenschlitten gelagert sind. Es kann auch eine Bandflanke innerhalb bestimmter
Grenzen eine Kantenbehandlung mit anderem Neigungswinkel als die gegenüberliegende
Bandflanke erfahren, wobei beide Behandlungsverfahren gleichzeitig durchgeführt
werden können; es muß dabei darauf geachtet werden, daß die Reaktionsdrücke, welche
die Druckfedern auf die Rollenschlitten ausüben, verschieden stark eingestellt werden.
Die Verformungswalzen können auch selbst angetrieben sein, anstatt leer mitzulaufen.