-
Verfahren und Vorrichtung zum Biegen von Stahlblechen bzw. -platten
Die erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum#Verformen von Stahlblechen
oder -platten zu einer mehrfach gekrümmten Flächenkonfiguration und sogar zu einer
verwundenen Konfiguration, Die Außenbeplankungen eines Schiffsrumpfes besitzen an
Bug und Heck im allgemeinen komplexe Formen, so daß die Stahlbleche häufig nicht
nur zu einer mehrfach gekrümmten Fläche, sondern auch zu einer verwundenen Konfiguration
verformt werden müssen. Aus diesem Grund wurde bisher ein Stahlblech bzw. eine -platte
nach dem Biegen in der einen Richtung mittels einer Presse oder einer Biegewalze
anschließend mit Hilfe eines thermischen Verfahrens, nämlich des sogenannten linearen
Erwärmens, in eine gewünschte Konfiguration gebracht0 Die Anwendung dieses Verfahrens
ist jedoch nicht nur mit den Nachteilen verbunden, daß die Arbeitszeit lang ist,
daß ein Stempel und ein Gesenk erforderlich sind, welche der gekrümmten Oberflächenform
angepaßt sind, und daß hochqualifizierte Arbeitskräfte für die Durchführung dieses
Verfahrens benötigt werden, vielmehr war auch die Automatisierung der
Arbeitsvorrichtung
äußerst schwierig.
-
Im Hinblick auf die vorgenannten Schwierigkeiten wurde bereits eine
plattenförmige Gesenk- oder Biegeformanordnung zur Verbesserung des Arbeitswirkungsgrads
beim Biegen einer großen Zahl von Stahlblechen in die gleiche Konfiguration, wie
dies bei der Außenhaut eines kugelförmigen Behälters der Fall ist, vorgeschlagen.
Bei dieser Anordnung werden plattenförmige Biegeformen mit einer der Gesamtbreite
des Stahlblechs entsprechenden Länge benutzt, und zwar eine für die obere Form und
drei für die unteren Formen, so daß im Vergleich zu den herkömmlichen Anlagen unter
Verwendung eines kugeligen Kopfstempels und eines konkaven Gesenks ein außerordentlich
hoher Arbeitswirkungsgrad erzielbar ist, Genauer gesagt, wird beim plattenartigen
Biegeformsystem dem Stahlblech seine gewünschte Krümmung in Richtung seiner Breite
durch die Biegeformen verliehen, während die gewünschte Krümmung in Richtung der
Länge des Stahlblechs durch entsprechende Höhenunterschiede zwischen den drei an
der unteren Anordnung vorgesehenen plattenförmigen Biegeformen festgelegt wird,
wobei das Stahlblech durch die als oberer Formteil dienende Biegeform verpreßt wird,
so daß die gewünschten Krümmungen in den jeweiligen Richtungen hervorgebracht werden,
Da bei dieser plattenförmigen Biegeformanordnung die den Biegeformen erteilten Krümmungen,
wie erwähnt, festgelegt sind, eignet sich diese Anordnung nicht für die Fertigung
einer großen Vielfalt von verschiedenartigen, in kleinen Mengen herzustellenden
Bauteilen, wie sie z03. für die Außenbeplankung eines Schiffsrumpfes benötigt werden,
wo sich nicht nur die Krümmungsradien der Krümmungsflächen des Stahlblechs in Abhängigkeit
von der Stelle, an welcher die betreffende Platte angebracht wird, ändern, sondern
sich die Krümmung selbst bei einer einzigen Stahlplatte von Punkt zu Punkt ändert,
Zur
Ausschaltung dieser M.iingel und Nachteile liegt der Erfindung damit die Aufgabe
zugrunde, eine neuartige Vorrichtung zum Biegen von Stahlblechen bzw. -platten zu
schaffen, bei welcher je drei Reihen von Stempeln zur Festlegung einer gewünschten
Krümmungsfläche sowohl in einer oberen als auch in einer unteren Stempelgruppe vorgesehen
sind, anstatt jedesmal einen Stempel und ein Gesenk entsprechend den zahlreich möglichen,
verschiedenartigen Krümmungsflächenkonfigurationen anzufertigen, Die Erfindung bezweckt
auch ein neuartiges Verfahren zur Verformung einer Stahlplatte mittels dieser Vorrichtung.
-
Da eine Biegearbeit durchgeführt werden muß, um einer Stahlplatte
eine beliebige, wahlfrei gewählte Krümmung in Richtung ihrer Breite und länge zu
erteilen, sind zur Festlegung der Krümmungsfläche mittels Stempelreihen, zunächst
in Längsrichtung, beispielsweise im unteren Abschnitt zwei Stempelreihen vorgesehen,
zwischen denen die Stahlplatte mittels einer einzigen Reihe von oberen Stempeln
verpreßbar ist, Zur Herstellung der Krümmung in Querrichtung der Stahlplatte werden
die betreffenden Stempelreihen selbstverständlich in Querrichtung entsprechend dieser
Krümmung eingestellt, Da hierbei jedoch eine gewisse Abweichung im Hub der oberen
Stempelreihe die Biegepräzision des verformten Werkstücks beeinträchtigen kann,
ist es vom industriellen Standpunkt aus erforderlich, eine der oberen Stempelreihe
gegenüberliegende untere Stempelreihe zur Begrenzung des Arbeitshubs vorzusehen,
Wenn der Krümmungsfläche gleichzeitig eine Verwindung erteilt werden soll, muß die
Stahlplatte in der Mitte durch die oberen und unteren Stempelreihen verspannt werden,
während an der linken und rechten Seite mit den oberen und unteren Stempelreihen
eine Verwindungskraft auf die Stahlplatte ausgeübt
wird. Zur Formung
von komplex gekrümmten Flächen, beispielsweise im Fall der Außenbeplankung eines
Schiffsrumpfes, sind daher im Ober- und Unterteil der Biegepresse jeweils mindestens
drei Reihen von Stempeln erforderlich.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist demgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine obere Stempelgruppe aus mindestens drei Stempelreihen aufweist, die
in Querrichtung der Stahlplatte über dieser angeordnet sind und eine zur Verformung
der Stahlplatte in die gewünschte Konfiguration geeignete Krümmungsfläche festzulegen
vermögen, daß eine untere Stempelgruppe aus mindestens drei Stempelreihen vorgesehen
ist, die ebenfalls quer zur Stahlplatte unter dieser angeordnet sind und die Stahlplatte
gegen die obere Stempelgruppe zu verpressen vermögen, daß die obere Stempelgruppe
so angeordnet ist, daß ihre Stempel, die einzeln einstellbar sind, sowie die einzelnen
Stempelreihen der mindestens drei Stempelreihen bezüglich der relativen Höhenlagen
und des Abstands zwischen den Stempelreihen wahlfrei voreinstellbar sind, und daß
die untere Stempelgruppe so angeordnet ist, daß die betreffenden Stempelreihen bezüglich
ihres gegenseitigen Abstands wahlfrei voreinstellbar sind, wodurch die Krümmungen
der Stahlplatte in Quer- und längsrichtung wahlfrei festlegbar sind.
-
Mit anderen Worten: Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so ausgebildet,
daß obere und untere Stempelgruppen, die jeweils aus drei Stempelreihen bestehen,
in Querrichtung einer Stahlplatte über eine deren maximale Breite übersteigende
Länge hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die betreffenden Stempel
der Stempelgruppen einzeln höhenverstellbar und die einzelnen Stempelreihen der
Stempelgruppen so angeordnet sind, daß die relativen Höhen und die Abstände zwischen
den Stempelreihen wahlfrei festlegbar sind, so daß sich die Krümmungen der Stahlplatte
in Quer- und längsrich tung beliebig festlegen lassen.
-
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand
der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung
zum Biegen von Stahlblechen bzw. -platten mit Merkmalen nach der Erfindung, Sige
2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Längsschnitt, welcher in Einzelheiten
das Kopfende eines Stempels zeigt, Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer
typischen Biegekonfiguration einer in sich verwundenen Stahlplatte, Fig. 4 eine
schematische perspektivische, auf integrale Blöcke übertragene Darstellung einer
durch die Stempelreihen festzulegenden Krümmungsfläche, um einer Stahlplatte eine
Verwindung zu erteilen, Fig. 5 eine Seitenansicht der aus je drei Stempelreihen
bestehenden oberen und unteren Stempelgruppen beim Verpressen einer Stahlplatte,
um ihr eine Verwindungsform zu erteilen, Sige 6 eine Seitenansicht zur Veranschaulichung
eines mechanischen Verfahrens zur Einstellung der Abstände zwischen den benachbarten
Stempelreihen der aus drei Reihen bestehenden Stempelgruppe und Fige 7 Eine Vorderansicht
der Anordnung gemäß Fig. 6, in Richtung der Pfeile A-A gesehen.
-
In der Zeichnung sind eine zu verformende Stahlplatte 1, ein oberer
Rahmen 2 einer Pressenanordnung, die Seitenrahmen 3
derselben und
ein unterer Rahmen 4 dargestellt, wobei diese Rahmen zur Bildung des Pressenkörpers
durch Keile 33 starr miteinander verbunden sind.
-
Bei 5 sind die die jeweiligen Stempelgruppen aufnehmenden Kästen dargestellt,
die am Ober- und am Unterrahmen montiert sind und Hydraulikzylinder oder Spindelkästen
6 bzw. 8 sowie Stempelgruppen 7 bzw. 9 aufnehmen.
-
Die Vorrichtung weist außerdem einen Vorschub- oder Aufnahmetisch
10 mit auf diesem gelagerten. Rollen 11 auf.
-
Die Stempelreihen sind in drei Reihen quer zur Vorschubrichtung der
Stahlplatte sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite angeordnet, wobei in
Querrichtung der Stahlplatte eine beliebige Anzahl von Stempeln in einer Stempelreihe
vorgesehen sein kann. Wenn eine Stahlplatte mit Hilfe dieser Stempelgruppen in eine
gewünschte Konfiguration gebogen werden soll, wird die Krümmungsfläche durch die
Stempelgruppe festgelegt. Dabei ist es möglich, diese Krümmungsfläche mit Hilfe
eines kleinen elektronischen Rechners 12 vorher zu programmieren und festzulegen.
Eine Schalttafel 13 ist zur Bedienung der Presse vorgesehen.
-
Damit sich bei den einzelnen Stempeln der Stempelgruppen deren Kopfenden
frei an die Krümmungsform der Stahlplatte bei deren Verformung anpassen können,
steht gemäß Sigo 2 bei jedem Stempel dessen Kopfende 14 über eine Kalottenfläche
mit einem Stempel-Schaft 16 in Berührung, Für den Zusammenbau dieser Konstruktion
ist das Kopfende 14 derart konkav ausgebildet, daß es bis zur Tiefe des größten
Durchmessers auf einen kugeligen bzw. kalottenförmigen Abschnitt des Schafts 16
aufgepaßt werden kann, worauf mit Hilfe von Schraubbolzen 17 eine Gegen- oder Halteplatte
15 mit dem Kopfende 14 verbunden wird.
-
Das Aus- und Einfahren der Stempel zur Ausbildung einer Krümmungsfläche
mittels der oberen oder der unteren Stempelgruppe kann mit Hilfe eines Schraubspindelsystems
sowohl für die obere als auch für die untere Stempelgruppe erfolgen. Es ist jedoch
vorteilhafter, entweder die obere oder die untere Stempelgruppe mit einem Schraubspindelsystem
zu verwenden und für die gegenüberliegende Stempelgruppe ein Hydrauliksystem vorzusehen,
Wenn nämlich sowohl die obere als auch die untere Stempelgruppe durch Schraubspindeln
verstellbar sind, müssen zur Festlegung einer Krümmungsfläche die Höhen der Stempel
in beiden Stempelgruppen eingestellt werden. Wenn dagegen die Stempelgruppe an der
einen Seite hydraulisch betätigbar ist und der Stempelhub nur an der anderen Seite
eingestellt wird, an welcher ein Schraubspindelsystem Verwendung findet, brauchen
die hydraulisch betätigbaren Stempel nicht eingestellt zu werden, solange sie mit
einem ausreichenden Hydraulikdruck beaufschlagt werden, um die Stahlplatte sich
gegen die spindelbetätigte Stempelgruppe an der gegenüberliegenden Seite biegen
zu lassen.
-
In den Sigo 6 und 7 ist eine bevorzugte Ausführungsform zur Einstellung
des Abstands zwischen den benachbarten Stempelreihen der drei Reihen dargestellt.
In. diesen Figuren ist die an der Unterseite vorgesehene Stempelgruppe als hydraulisch
betätigbare Anordnung dargestellt.
-
Am Unterrahmen 4 sind Führungsglieder 29 zur Verschiebung der Stempelreihen
auf ihnen angeordnet, Die mittlere Stempelreihe istvorrichtungsfest angeordnet,
während die zu ihren beiden Seiten vorgesehenen Stempelreihen mittels Schraubspindeln
30 verstellbar sind, um den gegenseitigen Abstand zwischen den drei einander benachbarten
Stempelreihen einstellen zu können.
-
Bei 34 ist ein Getriebekasten angedeutet. Gemäß Fig. 7 sind im Unterteil
der Stempelreihen mehrere Nuten 31 zur Führung
der Verschiebebewegung
sowie mehrere Gewindebohrungen 32 vorgesehen.
-
Zur Einstellung des Abstands zwischen den Stempelreihen kann anstelle
der Schraubspindeln auch ein#Hydraulikzyllnder mit einem Druckkolben vorgesehen
sein, Selbstverständlich kann der eben erläuterte Mechanismus auch bei den oberen
Stempelreihen Anwendung finden, Infolge der vorstehend erläuterten Konstruktion
der erfindungsgemäßen Vorrichtung arbeitet diese auf die im folgenden beschriebene
Weise.
-
Gemäß Fig. 1 wird eine zu verarbeitende bzw. zu verformende Stahlplatte
1 mittels der an der linken Seite befindlichen Vorschubrollen 11 in die Presse eingeführt.
-
Im Stempelabschnitt sind die Höhenlagen der einzelnen Stempel und
die Abstände zwischen den benachbarten Stempelreihen so eingestellt, daß sie der
Konfiguration, welche der Stahlplatte 1 verliehen werden soll, angepaßt sind. Wenn
die Stahlplatte 1 beispielsweise gemäß Fig. 1 sowohl in Längs- als auch in Querrichtung
in eine nach unten konvexe Form gebogen werden soll, werden bei der oberen Stempelgruppe
die Höhen der einzelnen Stempel und die Abstände zwischen den Stempelreihen unter
Berücksichtigung des Rückfedereffekts der Stahlplatte so eingestellt, daß die obere
Stempelgruppe eine nach unten konvexe Fläche bildet.
-
Wenn die untere Stempelgruppe durch Schraubspindeln einstellbar ist,
müssen die Höhenlagen der einzelnen Stempel und die Abstände zwischen den Stempelreihen
so eingestellt werden, daß sie - unter Berücksichtigung der Dicke der Stahlplatte
- eine
an die Oberfläche der oberen Stempelgruppe angepaßte Oberfläche
bilden. Wenn die untere Stempelgruppe jedoch hydraulisch betätigbar ist, brauchen
nur die Abstände zwischen den Stempelreihen in Anpassung an die oberen Stempelreihen
eingestellt zu werden.
-
Wenn der Stahlplatte 1 eine feste Krümmung in Längs- und in Querrichtung
verliehen werden soll, bleiben die Relativpositionen der jeweiligen Stempelreihen
festgelegt, und die Stahlplatte 1 wird durch Betätigung der Presse über die Schalttafel
13 schrittweise vom einen Ende zum anderen durch die Presse hindurchgeführt, um
den Biegevorgang jeweils zu wiederholen, Auf diese Weise läßt sich die angestrebte
Konfiguration erzielen, Wenn die Krümmungen, welche die gewünschte Konfiguration
der Stahlplatte 1 ergeben, nicht fest bzw. gleichbleibend sind, kann die erforderliche
Biegung der Stahlplatte durch Änderung der Höhenlagen der einzelnen Stempel und
der Abstände zwischen den Stempelreihen bei jedem Vorschubschritt der Stahlplatte
(wobei im Fall einer hydraulisch betätigbaren Stempelgruppe nur eine Einstellung
des Abstands zwischen den Stempelreihen erforderlich ist) und durch Wiederholung
des Biegepreßvorgangs erreicht werden.
-
Im folgenden ist der Fall erläutert, in welchem die Stahlplatte zu
einer Konfiguration gebogen werden soll, die gemäß Fig. 3 eine Krümmung sowohl in
Längs- als auch in Querrichtung und zudem eine Verwindung besitzt.
-
Hierbei müssen die Stempelreihen 18, 19 und 20 auf die in Fig. 4 dargestellte
Weise eingestellt werden, wobei in Fig. 4 die Stempelreihen schematisch in integraler
Blockform dargestellt sind. Obgleich einer Stahlplatte die gewünschte Verwindung,
wenn
lediglich eine Verwindung der Stahlplatte erforderlich ist, durch Verspannen derselben
mit zwei Stempelreihen sowohl in der unteren als auch in der oberen Stempelgruppe
erteilt werden kann, sind dann, wenn der Stahlplatte eine gewisse Krümmung sowohl
in Längs- als auch in Querrichtung verliehen werden soll, mindestens drei Stempelreihen
erforderlich, wobei die Umhüllungslinie jeder Stempelreihe eine Krümmung enthalten
muß, Im folgenden ist das vorstehend beschriebene Verfahren anhand von Sigo 5 erläutert,
welche die Stempelgruppen von der einen Seite her zeigt. Die obere, aus drei Reihen
bestehende Stempelgruppe ist am Oberrahmen 2 montiert, wobei die Einzelstempel der
betreffenden Stempelreihen bezüglich ihrer Höhenlage so eingestellt sind, daß sie
in Richtung der Breite der Stahlplatte derart variieren, daß in der gemäß Sigo 5
linken Stempelreihe der vorderste Stempel am höchsten liegt und die Kopfenden der
Stempel zum hinteren Ende der Reihe hin fortlaufend tiefer liegen und somit mit
ihrer Umhüllungslinie eine Kurve festlegen, während in der gemäß Fig. 5 rechten
Stempelreihe der vorderste Stempel entgegengesetzt zur linken Stempelreihe am tiefsten
liegt und die Kopfenden der Stempel in Richtung auf das hintere Ende der Stempelreihe
fortlaufend höher liegen, so daß die Stempel in der mittleren Reihe eine Zwischenform
der Umhüllungslinie festlegen, Die einzelnen Stempel dieser Stempelreihen besitzen
dabei eine solche Konstruktion, daß die Kopfenden 22 und die mit Gewinde versehenen
Stempelschäfte 21 auf die in Verbindung mit Fig; 2 beschriebene Weise über einen
Kugelsitz miteinander verbindbar sind. Die lotrechte Verschiebung jedes Stempels
erfolgt mit Hilfe eines Motors 25, der unmittelbar mit dem anderen Ende des Stempelschafts
21 verbunden ist. Wenn der Motor frei gehaltert ist, wird nur das Motorgehäuse in
freie Drehbewegung versetzt. Indem am Motorgehäuse ein Drehanschlag
26
vorgesehen und mit einer an der inneren Seitenwand des Aufnahmekastens 5 angeordneten,
eine Drehung verhindernden Führung 27 in Eingriff gebracht wird, wird die Drehung
des Motorgehäuses angehalten, so daß der Stempel in lotrechter Richtung verschiebbar
ist, Hierbei ist im Oberteil des Aufnahmekastens 5 ein Innengewinde vorgesehen,
das mit dem Außengewinde am Stempel in Eingriff bringbar ist.
-
Die aus den drei am Unterrahmen 4 angeordneten Stempelreihen bestehende
untere Stempelgruppe weist dagegen Hydraulikzylinder 28 mit Kolben 23 auf, an deren
Kopfende jeweils ein Stempel-Kopfteil 24 der gleichen Konstruktion wie der Stempel-Kopfteil
22 montiert ist. Diese Teile sind in einem Aufnahmekasten 5' angeordnet, Wenn nun
eine Stahlplatte auf die unteren Stempelreihen aufgelegt und ein Hydraulikdruck
an die Stempelreihen angelegt wird, wird die Stahlplatte gegen die oberen Stempelreihen
angepreßt, Auf diese Weise kann die Stahlplatte zu der gewünschten, mehrfach gekrümmten
Oberfläche geformt werden, wobei ihr bei ihrer Biegung längs der durch die oberen
Stempelreihen festgelegten Krümmungsfläche eine Verwindung erteilt werden kann,
Da außerdem die Stahlplatte intermittierend schrittweise durch die Presse vorschiebbar
ist, kann selbst eine große Stahlplatte in die gewünschte Konfiguration gebracht
werden.
-
Falls die Biegekonfiguration der Stahlplatte stellenweise unterschiedlich
ist, kann der Stahlplatte ebenfalls die gewünschte Konfiguration erteilt werden,
indem die Höhe der oberen Stempelgruppe sowie die Abstände zwischen benachbarten
Reihen der drei Stempelreihen bei jedem Biegepreßvorgang eingestellt werden.
-
Obgleich die Stempelreihen in Fig. 5 sowohl in der oberen als auch
in der unteren Stempelgruppe mit festen Abständen voneinander dargestellt sind,
sind zur Einstellung der Abstände zwischen den benachbarten Stempelreihen tatsächlich
beispielsweise am Unterrahmen Gleitführungen 29 angebracht, wobei die linke und
die rechte Stempelreihe mit den Führungen 29 entsprechend angepaßten Gleitführungsnuten
31 versehen sind, so daß diese Stempelreihen unter der Führung durch die Gleitführungen
29 gemäß Fig. 6 verschiebbar sind, während die mittlere Stempelreihe ortsfest angeordnet
sein kann, Zum Verschieben dieser Stempelreihen sind im Unterteil der Stempelreihen
Gewindebohrungen 32 vorgesehen, wobei die Schraubspindeln 30 durch einen Motor über
ein Getriebe 34, das zur Herabsetzung der Motordrehzahl dient, in Drehung versetzbar
sind, Infolge des Eingriffs zwischen der Gewindebohrung 32 und der Schraubspindel
30 können die linke und die rechte Stempelreihe nach links bzw, nach rechts verschoben
werden. Obgleich hierbei ein mechanischer Antrieb beschrieben ist, kann auch ein
hydraulisches Verstellverfahren unter Verwendung eines Hydraulikzylinders mit Druckkolben
angewandt werden.
-
Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Biegen einer
Stahlplatte kann letztere folglich ohne weiteres in jede gewünschte Konfiguration
der mehrfach gekrümmten Fläche gebogen werden, ohne daß ein speziell ausgebildetes
Gesenk erforderlich wäre. Außerdem läßt sich auch eine Automatisierung der gesamten
Vorrichtung ohne weiteres erreichens Die Erfindung stellt somit einen erheblichen
industriellen Fortschritt dr,