DE102004040257A1

DE102004040257A1 - Vorrichtung zum Walzprofilieren von Kaltprofilen

Info

Publication number: DE102004040257A1
Application number: DE200410040257
Authority: DE
Inventors: Thomas Adelmann; Alexander Egidi; Karl-Heinz Dr. Füller; Günter Rostek
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2005-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Walzprofilieren von Kaltprofilen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu entwickeln, die ein Profilieren komplizierter Querschnitte ermöglicht, wobei die Betriebs- und Wartungskosten gering sind. Die Erfindung besteht darin, dass bei einer Vorrichtung zum Walzprofilieren von Kaltprofilen, mit mindestens einem ersten Walzengerüst, welches Walzen enthält, zwischen denen zum Formen eines Profils ein flaches Halbzeug hindurchführbar ist, mit Mitteln zum Halten und Vorschub des Halbzeuges entlang einer Profilierbahn und mit Stellelementen zum Verändern der Lage der Walzen bezüglich der Profilierbahn während des Vorschubes, wobei mindestens ein parallele Achsen aufweisendes Walzenpaar zum Erzeugen eines Profils mit über eine Längsachse veränderlichem Querschnitt mit Stellelementen für eine Bewegung quer zur Profilierbahn und für eine Drehbewegung um eine Achse senkrecht zu einer Biegekante gekoppelt ist, zum Profilieren entlang einer weiteren Biegekante mindestens ein weiteres Walzengerüst (12) vorgesehen ist, welches zusätzlich zu einem verschiebbar und drehbar angeordneten Walzenpaar (16 17) eine zusätzliche Walze (22) und ein Stützelement (23) für einen mit dem ersten Walzengerüst (12) am Halbzeug (15) ausgebildeten Flansch (4, 5) enthält, wobei die Achsen (18, 19) der Walzen (16, 17) des Walzenpaares und die Achse (24) der zusätzlichen Walze (22) beim Profilieren stets einen festen Winkel zueinander aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Walzprofilieren von Kaltprofilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beim Walzprofilieren wirken Walzen paarweise zusammen. Die Walzen geben ein Profil vor, in dessen Form ein Werkstück gebracht wird. Die Umformung eines Werkstückes geschieht von einem Ausgangszustand zu einem Endzustand in der Regel in mehreren Stufen mit mehreren Walzenpaaren. Der Grad der Umformung des Werkstückes von Stufe zu Stufe wird so gewählt, dass das Werkstück nicht unzulässig beansprucht wird.

Aus der DE 100 11 755 A1 ist eine Vorrichtung zum Walzprofilieren von Bauteilen mit über der Längsachse veränderlichen Querschnitten bekannt, bei der ein Walzengerüst mit einem Walzenpaar verwendet wird, dass neben einer Verschiebung quer zu einer Profilierrichtung zusätzlich eine Drehbewegung um eine vertikale Achse ausführen kann. Verschiebung und Verdrehung sind entsprechend dem Verlauf einer Biegelinie automatisch ausführbar. Die Drehbewegung ist an die Verschiebung gekoppelt, wobei die Drehachse stets durch die Biegekante verläuft. Die Verschiebung wird mit Gewindetrieben vorgenommen. Die Drehbewegung des Walzenpaares kann entweder direkt mit Hilfe eines angetriebenen Drehtisches oder über ein Hebelgetriebe eingeleitet werden.

Die Vorrichtung nach DE 100 11 755 A1 dient zum Herstellen einfacher Profile mit einer oder zwei symmetrischen Biegekanten, wie zum Beispiel zum Herstellen von U-Profilen mit einem Steg und zwei gleichartigen Schenkeln, wobei der Querschnitt in Profilierrichtung nicht konstant ist. Um bei einer Aufweitung der Stegbreite gleich bleibende Schenkelhöhen zu gewährleisten, werden die Halbzeuge, wie z. B. ein Blechband, oder die Profile vor oder nach dem Profilieren beschnitten. Die Konstruktion für die Bewegung der Walzen ist material- und kostenaufwendig. Der Austausch einer defekten Komponente gegen eine neue Komponente dauert relativ lange.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Walzprofilieren von Kaltprofilen zu entwickeln, die ein Profilieren komplizierter Querschnitte ermöglicht, wobei die Betriebs- und Wartungskosten gering sind.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst, welche die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung wird zum Profilieren mindestens einer weiteren Biegekante neben einer ersten Biegekante an einem Schenkel eines Werkstücks mindestens ein Walzengerüst vorgesehen, welches zusätzlich zu einem verschiebbar und drehbar angeordneten Walzenpaar eine zusätzliche Walze und ein Stützelement für einen mit dem ersten Walzengerüst am Halbzeug ausgebildeten Flansch enthält, wobei die Achsen der Walzen des Walzenpaares und die Achse der zusätzlichen Walze beim Profilieren stets einen festen Winkel zueinander aufweisen.

Mit der Vorrichtung kann aus einem vorgeformten U-Profil ein Hut-Profil mit variablem Querschnitt profiliert werden. Aus den Schenkeln des U-Profils werden die Flansche des Hut-Profils gebildet. Teile des Steges des U-Profils werden zu Schenkeln des Hut-Profils. Die Rollen und Stützelemente des Walzgerüstes stellen sicher, dass die Schenkel des fertigen Hut-Profils über die Länge des Profils die gleiche Höhe aufweisen und der Flansch keine unzulässigen Verformungen aufweist.

Der Einsatz von Linearmotoren für die Verschiebung der Walzen macht eine aufwändige Getriebe/Spindelübersetzung überflüssig. Die Drehbewegung kann über ein jeweils unter den Walzengerüsten platzierten Stellmotor realisiert werden. Bei dieser Ausführung der Vorrichtung sind die Bewegungen der Walzen in allen Freiheitsgraden mechanisch entkoppelt, was die Flexibilität beim Steuern der Bewegungen der Walzen erhöht, so dass Profilierungsfehler verringert werden und die Zahl der formbaren Profile erhöht wird. Komponenten können schnell getauscht werden, was zu kürzeren Reparatur- und Rüstzeiten führt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden, es zeigen:

1: ein fertig profiliertes Hutprofil,

2: ein Walzengerüstpaar in Seitenansicht und Draufsicht,

3: eine Anordnung von sechs Walzengerüstpaaren für eine Profilierstufe,

4: ein Schema zur Herstellung des Hutprofils nach 1 in zwei Profilierstufen, und

5: ein Walzenschema zum Gebrauch in einer zweiten Profilierungsstufe.

1 zeigt ein durch Walzprofilieren hergestelltes Hutprofil für einen Längs- oder Querträger oder eine Säulen struktur eines Kraftfahrzeuges. Das Profil besteht hier aus einem hochfesten Stahlwerkstoff, andere Werkstoffe können ebenfalls mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung profiliert werden. Das Hutprofil weist einen über die Länge veränderlichen Querschnitt auf. Im Einzelnen besteht das Hutprofil aus einem Steg 1, zwei senkrecht zum Steg 1 stehenden Schenkeln 2, 3 und zwei parallel zum Steg geformte Flanschen 4, 5. Die Schenkel 2, 3 des Hutprofils besitzen zu Beginn und am Ende in Profilierrichtung 6 gesehen einen ersten Abstand 7 und mittig einen größeren zweiten Abstand 8. Das Hutprofil wurde in zwei Stufen zu je sechs Profilierschritten hergestellt. Als Halbzeug dient ein zugeschnittenes Blech oder ein Blechband mit der nötigen Breite.
Zum Walzprofilieren des Hutprofils werden modulartige Vorrichtungen verwendet, die anhand der 2–5 näher beschrieben werden. Wie in 2 in Draufsicht und Seitenansicht näher gezeigt, enthält ein Modul in zweifacher Ausfertigung je eine Längsführung 9, einen Schlitten 10 mit einem Linearmotor, ein Drehtisch 11 mit einem Motor und ein Walzengerüst 12 mit Walzensätzen. Die Linearmotoren dienen zum Positionieren der Schlitten 10 in Richtung 13 quer zur Profilierrichtung 6. Die Lagerung eines Drehtischs 11 sitzt jeweils auf dem Schlitten 10, der mit dem jeweiligen Motor um eine Achse 14 drehbar ist, die senkrecht zur Profilierrichtung 6 und zur Richtung 13 steht. Die Walzengerüste 12 sind jeweils fest mit einem Drehtisch 11 verbunden. Die Längsführungen 9 eines Paares Walzengerüste 12 sind in Richtung 13 fluchtend angeordnet. Alle Linearmotoren der Schlitten 10 und die Motoren der Drehtische 11 stehen mit einer Steuereinrichtung in Verbindung. Die Positionen der Schlitten 10 und der Drehtische 11 werden mit Sensoren erfasst, deren Signale in der Steuereinrichtung programmgesteuert zu Stellsignalen für die Linearmotoren und die Motoren der Drehtische verarbeitet werden. In der Steuereinrichtung werden zum Erzeugen der Stellsignale weiterhin Daten zur Profilgeometrie und den Werkstoffeigenschaften des Halbzeuges verarbeitet.
3 zeigt eine Anordnung von sechs Walzengerüstpaaren für eine Profilierstufe. Die Walzengerüstpaare sind in Profilierrichtung 6 nacheinander entlang einer Geraden ausgerichtet. Ein Halbzeug wird einem ersten Walzengerüstpaar zugeführt und erhält in einem ersten Schritt dieses Ausführungsbeispiels eine Biegeumformung von 15 Grad. Danach wird das vorgeformte Werkstück sukzessive zum nächsten Walzengerüstpaar gefördert, wo es jeweils eine weitere Biegeumformung von 15 Grad erhält. Am Ende der Profilierstufe sind an dem Werkstück Biegeumformungen mit einem Biegewinkel von 90 Grad vorhanden. Biegeumformungen mit kleineren oder größeren Gradzahlen sind ebenfalls möglich.
Wie aus 4 näher hervorgeht, werden zur Herstellung des Hutprofils in der ersten Stufe zunächst die Flansche 4, 5 abgewinkelt. Hierzu werden herkömmliche Walzensätze verwendet. Als Halbzeug dient ein ebenes Blechband 15. In Schritten von 15 Grad werden die Flansche 4, 5 durch die entsprechend ausgerichteten Walzensätze abgewinkelt. Am Ende der ersten Stufe besitzt das Blechband 15 um 90 Grad abgewinkelte Flansche 4, 5 und wird zu den Walzengerüstpaaren der zweiten Stufe weitergefördert. In der zweiten Stufe werden in sechs Schritten zu je 15 Grad die Schenkel 2, 3 ausgebildet, die am Ende zum Steg 1 einen Biegewinkel von 90 Grad aufweisen. Ein anderer Biegewinkel kann über andere Zwischenschritte ebenfalls erzeugt werden.
In der zweiten Stufe werden in den einzelnen Profilierschritten neuartige Walzensätze verwendet, wie sie anhand
5 näher beschrieben werden. Demnach besteht ein Walzensatz zur Ausbildung eines Schenkels 2 oder 3 aus einem Paar Walzen 16, 17, deren Drehachsen 18, 19 parallel liegen und einen Winkel φ zur Drehachse 20 einer Walze 21 zum Abstützen des Steges 1 aufweisen. Der Betrag des Winkels φ ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein ganzzahliges Vielfaches von 15 Grad und nimmt von Profilierschritt zu Profilierschritt zu. Die Mantelflächen der Walzen 16, 17 besitzen einen Abstand in der Dicke des Blechbandes 15. Zum Abstützen der in der ersten Profilierstufe ausgebildeten Flansche 4, 5 dient jeweils eine weitere Walze 22 und ein flaches Stützelement 23. Die Drehachse 24 der Walze 22 liegt stets senkrecht zu den Drehachsen 18, 19. Das Stützelement 23 besitzt eine dem Biegeradius R angepasste Form.
Die Walzen 16, 17 sind jeweils zusammen mit der Walze 22 und dem Stützelement 23 innerhalb eines Walzengerüstes 12 positionierbar. Die dazu verwendeten Positionierelemente werden ebenfalls von besagter Steuereinrichtung angesteuert. Die Position der Walzen 16, 17 werden von Sensoren erfasst, deren Signale in der Steuereinrichtung verarbeitet werden. Entsprechend dem Verlauf der Biegelinie werden zum Erreichen des weiten Abstandes 8 die Linearmotoren der Schlitten 10 eines Walzengerüstpaares synchron nach außen gefahren. Im Übergangsbereich des Profils zwischen dem engen Abstand 7 und dem weiten Abstand 8 werden zusätzlich die Walzensätze mit dem Drehtisch 11 um die Achse 14 verdreht. Dadurch erhält das Profil den in 1 gezeigten variablen Querschnitt. Die Schenkel des nach der ersten Profilierstufe bestehenden U-Profils bilden nach der zweiten Stufe die Flansche 4, 5 des Hutprofils. Teile des Steges des nach der ersten Profilierstufe bestehenden U-Profils bilden nach der zweiten Stufe die Schenkel 2, 3 des Hutprofils.

1: Steg
2, 3: Schenkel
4, 5: Flansch
6: Profilierrichtung
7, 8: Abstand
9: Längsführung
10: Schlitten
11: Drehtisch
12: Walzengerüst
13: Richtung

14: Achse
15: Blechband

16, 17: Walze
18–20: Drehachse

21, 22: Walze
23: Stützelement
24: Drehachse

Claims

Vorrichtung zum Walzprofilieren von Kaltprofilen, mit mindestens einem ersten Walzengerüst, welches Walzen enthält, zwischen denen zum Formen eines Profils ein flaches Halbzeug hindurchführbar ist, mit Mitteln zum Halten und Vorschub des Halbzeuges entlang einer Profilierbahn, mit Stellelementen zum Verändern der Lage der Walzen bezüglich der Profilierbahn während des Vorschubes, wobei mindestens ein parallele Achsen aufweisendes Walzenpaar zum Erzeugen eines Profils mit über eine Längsachse veränderlichen Querschnitt mit Stellelementen für eine Bewegung quer zur Profilierbahn und für eine Drehbewegung um eine Achse senkrecht zu einer Biegekante gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Profilieren entlang einer weiteren Biegekante mindestens ein weiteres Walzengerüst (12) vorgesehen ist, welches zusätzlich zu einem verschiebbar und drehbar angeordneten Walzenpaar (16, 17) eine zusätzliche Walze (22) und ein Stützelement (23) für einen mit dem ersten Walzengerüst (12) am Halbzeug (15) ausgebildeten Flansch (4, 5) enthält, wobei die Achsen (18, 19) der Walzen (16, 17) des Walzenpaares und die Achse (24) der zusätzlichen Walze (22) beim Profilieren stets einen festen Winkel zueinander aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Profilieren eines Hut-Profils die Bewegung der Walzen so steuerbar ist, dass die Schenkel des Hut-Profils über deren Länge eine konstante Höhe aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verschiebung eines Walzenpaares quer zur Profilierbahn am Walzengerüst ein Linearmotor vorgesehen ist, der direkt an die Halterung für das Walzenpaar angekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verdrehung eines Walzenpaares am Walzengerüst ein Stellmotor vorgesehen ist, der direkt an die Halterung für das Walzenpaar angekoppelt ist.