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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Umformen eines Stangenmaterials sowie ein Stangenmaterial, wobei
einerseits eine Reduzierung des Querschnitts erfolgt und zusätzlich noch
eine Biegung des Stangenmaterials durchgeführt wird.
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Zum
Biegen eines Stangenmaterials ist es bisher erforderlich, das Biegemoment
in das Profil durch entsprechende Querkräfte mit einer Biegevorrichtung
oder Maschine einzuleiten. Dadurch entsteht eine entsprechende Spannungsverteilung
im Querschnitt, die das Material des Profils zum Fließen bringt
und somit eine Krümmung
erzeugt. Da bei diesem Prozess insbesondere bei dünnwandigen
Rohren der Querschnitt zur Deformation neigt, wird häufig der
Innenquerschnitt mit einem Dorn oder einer Füllung gestützt. Gängige, hierzu bekannte Verfahren
sind das Drei-Rollen-Biegen und das klassische Rohrbiegen oder Rundbiegen.
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Die
heute bekannten Rohrbiegeverfahren sind im Allgemeinen mit hohen
Werkzeugkosten verbunden, da die Biegewerkzeuge auf das jeweilige Werkstück angepasst
und insbesondere auf den jeweiligen Rohrdurchmesser speziell eingestellt
werden müssen.
Die zu biegenden Radien oder Konturen werden dabei jeweils durch
das Werkzeug abgebildet.
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Des
Weiteren muss bei den bekannten Verfahren eine Rückfederung des gebogenen Werkstücks beachtet
werden, um dieses auszugleichen. Dies ist ebenfalls in Folge von
Chargenschwankungen des Ausgangsmaterials sehr schwierig.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik
geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Verfahren
und eine Vorrichtung anzugeben, durch die insbesondere dünnwandige
Stangenmaterialien, wie z. B. Rohre, sowie auch Stangenmaterialien
mit neuartigen hochfesten Werkstoffen einfach, genau und kostengünstig umformbar
sind.
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Diese
Aufgaben werden gelöst
mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 und mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 8 sowie mit einem Stangenmaterial gemäß Patentanspruch
13. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung
sind in den abhängig
formulierten Patentansprüchen
angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten
Unteransprüchen
einzeln aufgeführten
Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander
kombiniert werden können
und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus
werden die in den Patentansprüchen
angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei
weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Vorliegend
wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Umformen eines Stangenmaterials
gelöst,
aufweisend zumindest die folgenden Schritte:
- a)
Zuführen
des Stangenmaterials mit einem ersten Durchmesser zu einem in Umfangsrichtung um
das Stangenmaterial umlaufenden Umformwerkzeug,
- b) Reduzieren des ersten Durchmessers des Stangenmaterials durch
das umlaufende Umformwerkzeug hin zu einem kleineren zweiten Durchmesser,
- c) Biegen des Stangenmaterials durch eine, dem Umformwerkzeug
nachgeordnete Ablenkvorrichtung,
wobei das Biegen des
Stangenmaterials im Bereich einer Einflusszone des Umformwerkzeugs
erfolgt.
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Durch
das hier beanspruchte Verfahren kann ein Stangenmaterial eben (einfach)
oder räumlich (komplex)
gebogen werden mit der Möglichkeit gleichzeitig
den Durchmesser bzw. die Dicke des Werkstücks entlang seiner Längsachse
während
des Biegens zu verändern.
Das Stangenmaterial ist während
des Umformprozesses insbesondere gegen Verdrehen gesichert.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren
eignen sich insbesondere metallische Stangenmaterialien, also z.
B. langgestreckte, geschlossene oder offene Profile oder Rundkörper, Hohlprofile
oder Rohre. Üblicherweise
hat das Stangenmaterial eine Länge,
die deutlich größer als
der Durchmesser ist, insbesondere bei Drahtähnlichem Stangenmaterial kann
ggf. auch von einem Endlosprofil gesprochen werden.
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Das
Stangenmaterial wird dabei in einem Schritt a) mit seinem ersten
Durchmesser (Ausgangsdurchmesser oder vergleichbare Erstreckungsangabe)
zu einem Umformwerkzeug zugeführt,
wobei das Umformwerkzeug in Umfangsrichtung um das Stangenmaterial
herum rotiert und dabei auf dem Außenumfang des Profils insbesondere
abrollt. Mit anderen Worten heißt
das beispielsweise auch, dass das Umformwerkzeug auf einen Abschnitt
der Umfangsfläche
des Stangenmaterials Kräfte
ausübt,
die eine (gleichmäßige) Durchmesserreduzierung
ermöglichen.
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Das
Stangenmaterial weist dabei in seinem durch das Verfahren noch unbearbeiteten
Zustand einen ersten (mittleren) Durchmesser auf, der durch seine
jeweilige Außenkontur
vorgegeben ist, die durch das umlaufende Umformwerkzeug in einem Schritt
b) reduziert wird.
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Grundsätzlich können auch
mehrere Umformwerkzeuge hintereinander, insbesondere koaxial, angeordnet
werden, so dass ein erster Durchmesser des Stangenma terials mehrfach
reduziert werden kann, bevorzugt ist jedoch im Hinblick auf einen
einfachen und kostengünstigen
Aufbau der Vorrichtung ein einstufiges Reduzieren des Durchmessers.
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Gegebenenfalls
wird bei Hohlkörpern
neben dem Durchmesser gleichzeitig die Wanddicke durch das Umformwerkzeug
geändert.
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Dem
umlaufenden Umformwerkzeug (Umformprozess) nachgeordnet ist eine
Ablenkvorrichtung, die ein Biegen des Stangenmaterials ermöglicht (Biegeprozess).
Dabei kann die Ablenkvorrichtung als Matrize geformt sein, durch
die sich das Stangenmaterial erstreckt. Die Ablenkvorrichtung kann
aber auch als Stift, als Winkel oder ähnliches ausgebildet sein.
Bevorzugt ist, dass das Biegen mit einem konstanten Biegegrad während des
hier vorgeschlagenen Verfahrens durchgeführt wird.
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Das
in dem Schritt c) vorgenommene Biegen des Stangenmaterials erfolgt
dabei im Bereich einer Einflusszone des Umformwerkzeugs, die durch
die lokale plastische Verformung des Materials des Stangenmaterials
durch das Umformwerkzeug gekennzeichnet ist. Infolge der Umformung
mit einhergehender Reduzierung des Durchmessers bzw. der Wanddicke
des Stangenmaterials durch das Umformwerkzeug wird der Werkstoff
des Stangenmaterials lokal plastisch verformt. Durch den damit eingebrachten Spannungszustand
wird das gleichzeitige Biegen begünstigt, so dass insbesondere
nur geringe Biegekräfte
durch die Ablenkvorrichtung aufzuwenden sind. Mit anderen Worten
kennzeichnet die Einflusszone den Bereich des Stangenmaterials,
der zu einem bestimmten Zeitpunkt lokal plastisch verformt wird,
in dem das Material also fließt,
so dass eine weitere Umformung des Materials zum Beispiel durch Biegen
mit geringem Kraftaufwand möglich
ist.
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Je
nach Art der Reduzierung des Durchmesser kann der Einflussbereich
sich hinter dem Umformwerkzeug zeitlich unterschiedlich lang aufrecht erhalten,
so dass durch die Zuführgeschwindigkeit und
die Krafteinwirkung des Umformwerkzeugs der Einflussbereich (also
die Strecke von der plastischen Verformung bis hin wieder zur Verfestigung)
eingestellt werden kann.
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Durch
das vorgeschlagene Verfahren kann weiterhin eine definierte Verfestigung
in den Werkstoff des Stangenmaterials eingebracht werden. Durch
eine definierte Änderung
der Drehzahl des Umformwerkzeuges um das Stangenmaterial bei konstanter
Zuführgeschwindigkeit
(Vorschub) des Stangenmaterials zum Umformwerkzeug, kann eine unterschiedliche
Verfestigung an der betreffenden Stelle in der axialen Erstreckung
des Stangenmaterials eingebracht werden. Das Stangenmaterial verfügt dann
an diesen Stelle ohne wesentliche geometrische Änderungen, insbesondere ohne
geometrische Änderungen, über eine
erhöhte
Festigkeit. Durch diese Ausprägung
des Verfahrens lassen sich beispielsweise definierte Versagenszonen
in ein Bauteil einbringen. Dies kann z. B. beim Crashverhalten eines Fahrzeuges
von Bedeutung sein. Eine gleichzeitige Biegung des Stangenmaterials
ist zur Erreichung dieser Eigenschaften nicht erforderlich aber
möglich.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein Innenquerschnitt
eines hohlen Stangenmaterials durch einen Dorn in wenigstens einem
Teilbereich der Einflusszone des Umformwerkzeugs gestützt ist.
Dabei wird der (freie) Innenquerschnitt des Stangenmaterials in
wenigstens einem Teilbereich seiner Innenumfangsfläche abgestützt, so
dass in einem Teilbereich der Einflusszone das hohle Stangenmaterial
in seinem Innendurchmesser nur so weit durch das Umformwerkzeug
reduziert wird, dass es wenigstens in einem Teilbereich auf dem
Dorn aufliegt. Der Dorn erstreckt sich dabei nicht in den Teilbereich
der Einflusszone des Umformwerkzeugs, in dem das hohle Stangenmaterial bereits
durch eine Biegung verformt ist, so dass es nicht zu ungewollten Überschneidungen zwischen Dorn
und Stangenmaterial in Folge der Biegung kommt. Der Dorn kann insbesondere
auch bei mehreren aufeinanderfolgenden Umformstufen eingesetzt werden,
so dass er sich insbesondere durch all diese Umformstufen hindurch
erstreckt, die einen immer weiter reduzierten Innendurchmesser des
Stangenmaterials erzeugen bzw. einen konstanten Innendurchmesser
erhalten und nur den Außendurchmesser
reduzieren bzw. die Wanddicke reduzieren. Durch die Dornform und
die axiale Positionierung des Dorns kann der Einfluss des Umformwerkzeuges
auf den Werkstoff mit gesteuert werden. So können z. B. bei einer Position
des Dorns direkt unter den umformenden Komponenten des Umformwerkzeuges
fast reine Druckspannungen erzeugt und somit eine Wandstärkenreduktion
bewirkt werden. Bei einer Position des Dorns vor den umformenden
Komponenten des Umformwerkzeuges kann eine Schub- bzw. inkrementelle
Biegespannung innerhalb der Rohrwand erzielt werden, so dass die
in den Werkstoff des hohlen Stangenmaterials eingebrachte Verfestigung verringert
wird.
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Nach
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird
in Schritt c) ein Biegeradius eingestellt, der höchstens 5%, insbesondere höchstens
3%, von einem Krümmungsradius
des gebogenen Stangenmaterials abweicht. Dabei ist mit Biegeradius
der Radius gemeint, der in dem Verfahrensschritt c), z. B. durch
einen Anlagenbediener, eingestellt wird. Wobei demgegenüber der
angeführte
Krümmungsradius
den Radius des gebogenen Stangenmaterials bezeichnet, der am Endprodukt nachmessbar
oder erzeugt ist. Der Krümmungsradius
ist damit insbesondere um den Betrag der Rückfederung größer als
der eingestellte Biegeradius.
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Das
Verfahren zeichnet sich nun auch dadurch aus, dass diese Rückfederung
in Folge des Biegens während
der plastischen Verformung des Materials durch das Umformwerkzeug
sehr gering ausfällt.
Dadurch ist ein genaues Biegen bzw. ein genaues Einstellen des Biegeradius
möglich,
so dass dieser insbesondere identisch mit dem endgültig erzeugten
Krümmungsradius
ist. Dabei lassen sich Krümmungsradien
erzeugen, die insbesondere weniger als 2% und auch weniger als 1%
von dem Biegeradius abweichen. Damit können Fehler bei der Abschätzung der
Rückfederkompensation
vermieden und besonders exakte Biegeprozesse verwirklicht werden.
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Gemäß einer
weiteren zweckmäßigen Ausführungsform
des Verfahrens weist das Umformwerkzeug eine Rotationsgeschwindigkeit
um das Stangenmaterial von 50 bis 3000 l/min [Umdrehungen pro Minute],
auf. Die Rotationsgeschwindigkeit ist bevorzugt im oberen angegebenen
Bereich zu wählen,
um ein wirtschaftliches Verfahren bei akzeptablen Fliehkräften durchzuführen. Dabei
können sich
das gesamte Umformwerkzeug und/oder dessen (einzelne) Walzen mit
dieser Rotationsgeschwindigkeit relativ um das Stangenmaterial herum
bewegen.
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Ein
besonders schnell umlaufendes Umformwerkzeug überführt das Material in der Einflusszone
des Umformwerkzeugs in einen Spannungszustand, bei dem der Werkstoff
des Stangenmaterials schon teilweise oder ganz zum Fließen gebracht wird,
so dass für
den eigentlichen Biegeprozess keine hohen Kräfte mehr erforderlich sind
und die Rückfederung
zusätzlich
verringert wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das Verhältnis
von Biegeradius (RB) zu einem zweiten Durchmesser
(D2) in einem Bereich von 1 bis 5 liegt
(5 ≥ RB / D2 ≥ 1), bevorzugt in
einem Bereich von 1 bis 3 und besonders bevorzugt in einem Bereich
von 1 bis 2. Dieses Verhältnis von
eingestelltem Biegeradius RB zu einem zweiten Durchmesser
D2, der den Außendurchmesser nach dem Umformen
des Stangenmaterials beschreibt, ist eine Kenngröße für den erreichbaren Umformgrad der
Biegung des Stangenmaterials.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass Stangenmaterial insbesondere auch aus hochfestem
Werkstoff bearbeitet wird, z. B. aus hitzebeständigem Stahl, TRIP-Stahl (Transformation
Induced Plasticity), Dualphasenstahl, Titan-Legierungen oder Aluminium-Legierungen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Schritt b) mit variierender
Umlaufgeschwindigkeit des Umformwerkzeuges durchgeführt, wobei
insbesondere lokal begrenzte Teilbereiche des Stangenmaterials hinsichtlich
der Materialeigenschaften beeinflusst werden, insbesondere verfestigt werden.
Die Umlaufgeschwindigkeit wird dabei signifikant variiert, insbesondere
um mehr als 10%, bevorzugt um mehr als 25% und besonders um mehr
als 50% der vorliegenden Drehzahl. Bevorzugt ist, dass die Umlaufgeschwindigkeit
zumindest einmal erhöht und
einmal erniedrigt wird, insbesondere wieder auf einen Ausgangswert.
Die Änderung
kann dabei insbesondere sprunghaft erfolgen, um die gewünschten Materialeigenschaften
mit hoher Trennschärfe
in den einzelnen lokal begrenzten Teilbereichen zu erzeugen. Die
weiteren Parameter, wie Zustellung des Umformwerkzeugs in radialer
Richtung, Vorschub des Stangenmaterials, usw. können in vorteilhafter Weise diesen
Effekt unterstützen
und dementsprechend angepasst, bzw. variiert werden. Damit lassen
sich beispielsweise Versagensstellen des Bauteils gezielt und definiert
erzeugen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
auf die sich die Erfindung ferner richtet, ist dadurch gekennzeichnet,
dass sie zum Umformen eines Stangenmaterials geeignet ist, aufweisend
- – wenigstens
ein in Umfangsrichtung um das Stangenmaterial umlaufendes Umformwerkzeug zur
Reduzierung eines ersten Durchmessers des Stangenmaterials hin zu
einem kleineren zweiten Durchmesser,
- – eine
Vorschubeinheit zum Erzeugen eines Vorschubs des Stangenmaterials
gegenüber
dem umlaufenden Umformwerkzeug und
- – eine
relativ zum Umformwerkzeug bewegbare Ablenkvorrichtung zum Biegen
des Stangenmaterials.
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Die
hier beschriebene Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Durchführung des
hier ebenfalls erfindungsgemäß beschriebenen
Verfahrens. Auch deshalb kann zur Erläuterung der Funktion bzw. Betriebsweise
der Vorrichtung auf die Erläuterungen zum
beschriebenen Umformverfahren zurückgegriffen werden.
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Mit „Vorrichtung" ist hier einerseits
eine eigens für
diesen Zweck errichtete Anlage gemeint, als auch ein Werkzeugsatz,
der sich z. B. auf Drehvorrichtungen aufbauen lässt.
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Zur
Durchführung
eines kombinierten Umform-Biege-Verfahrens weist die Vorrichtung
eine Vorschubeinheit auf, die Stangenmaterial entweder durch das
Umformwerkzeug hindurch drückt
oder es durch das Umformwerkzeug hindurch zieht. Eine Kombination
dieser beiden Ausprägungen
ist ebenfalls möglich.
Darüber
hinaus hat die Vorrichtung (wenigstens ein) umlaufendes Umformwerkzeug.
Dieses Umformwerkzeug kann vollständig oder teilweise (z. B.
einzelne mit dem Stangenmaterial in Kontakt stehende Rollkörper) um
das Stangenmaterial herum rotieren. Die Rotationsachse des Umformwerkzeuges
liegt dabei bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Vorschubrichtung
des Stangenmaterials im Bereich des Umformwerkzeuges, so dass eine
Umformkraft auf dessen Querschnitt tangential und radial einwirken
kann. Die Ablenkvorrichtung, die dem Umformwerkzeug in Vorschubrichtung
nachgeschaltet ist, biegt das Stangenmaterial und hat zu diesem Zweck
eine angepasste Aufnahme bzw. Führung
für das
Stangenmaterial. Es sei hier noch darauf hinzuweisen, dass ggf.
zumindest zwei der hier angeführten
Aggregate (Umformwerkzeug, Vorschubeinheit, Ablenkvorrichtung) miteinander
kombiniert bzw. integriert ausgeführt sein können.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführung
der Vorrichtung weist diese eine Steuerung auf, die insbesondere
programmierbar ist oder einen direkten Eingriff möglich macht
und durch die insbesondere alle Komponenten der Vorrichtung automatisiert
ansteuerbar sind.
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Insbesondere
ist durch die Steuerung die Ablenkvorrichtung positionierbar. Dabei
ist mit „Positionieren" insbesondere ein
Verschieben im dreidimensionalen Raum hinter dem Umformwerkzeug
gemeint, als auch ein Verdrehen der Ablenkvorrichtung um alle drei
Raumachsen. Insbesondere lässt
sich die Position der Ablenkvorrichtung während des Umformprozesses ansteuern
und verändern.
Somit ist auch eine Führung
des noch ungebogenen aber bereits umgeformten Stangenmaterials nach
dem Umformwerkzeug möglich,
so dass eine zusätzliche Führung des
Stangenmaterials zur Ablenkvorrichtung nicht zwingend erforderlich
ist.
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Die
Steuerung ist weiterhin insbesondere dazu geeignet, wenigstens eine
der folgenden Funktionen zu erfüllen:
den Vorschub, die Rotationsgeschwindigkeit des Umformwerkzeuges
und die Positionierung des Dornes zur Abstützung eines Innenquerschnittes
anzusteuern, zu regeln oder zu positionieren.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
ist das wenigstens eine Umformwerkzeug ein rotierendes Drückwalzwerkzeug.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist dieses Drückwalzwerkzeug
einen Grundkörper
mit einer Ausnehmung auf, durch die das Stangenmaterial während des
Prozesses hindurchgeführt
wird. Weiter sind auf diesem Grundkörper mehrere Walzen angeordnet,
die um ihre eigene Achse drehbar sind, und mit dem Stangenmaterial
in Kontakt sind und so die Umformung des Stangenmaterials bewirken.
Dabei können
zumindest zwei aber auch mehr (z. B. 4, 5, 6, 8, 10) Walzen um das
Stangenmaterial herum auf dem Grundkörper des Drückwalzwerkzeuges angeordnet
sein. Die Walzen sind bevorzugt zylindrisch, dies ist aber nicht
zwingend erforderlich.
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Die
Walzen sind zudem regelmäßig selbst angetrieben.
Die Achsen der Walzen sind insbesondere parallel zur Rotationsachse
des Umformwerkzeuges angeordnet.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
des Drückwalzwerkzeuges
weist das rotierende Drückwalzwerkzeug
radial zustellbare Walzen und die Vorrichtung insbesondere eine
Steuerung insbesondere zum automatisierten Zustellen der Walzen
auf. Die auf dem Grundkörper
des rotierenden Drückwalzwerkzeugs
angeordneten Walzen sind dabei auf dem Grundkörper des Drückwalzwerkzeugs radial zum
umzuformenden Stangenmaterial zustellbar, oder auch entfernbar,
so dass verschiedene Außenkonturen
und/oder Grade der plastischen Verformung des Stangenmaterials erzeugbar
sind. Insbesondere ist die Geschwindigkeit der Zustellung mit der
Geschwindigkeit des Vorschubes zu koppeln, so dass Übergänge wie
z. B. Radien oder Konizitäten beliebig
angepasst werden können.
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Weiterhin
können
die Walzen unterschiedliche Formen aufweisen. Sie können konisch
geformt sein, zylindrisch oder auch sphärisch und insbesondere weitere
beliebige Formen aufweisen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung weist diese
einen Dorn auf, der wenigstens teilweise einen Innenquerschnitt
des Stangenmaterials in wenigstens einem Teilbereich einer Einflusszone
des wenigstens einen Umformwerkzeugs abstützt. Der Dorn ist regelmäßig gegenüber der
Position des Umformwerkzeugs relativ verfahrbar und kann insbesondere
in das Umformwerkzeug teilweise eintauchen.
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Das
erfindungsgemäße Stangenmaterial wird
durch das erfindungsgemäße Verfahren
oder durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
erzeugt und weist mindestens eine Versagenszone auf. Diese Versagenszone
wird insbesondere durch we nigstens eine lokal abweichend Materialeigenschaft
des Stangenmaterials definiert, die insbesondere durch abgestimmte
Verfahrensvarianten in das Stangenmaterial eingebracht werden. Diese
lokal abweichenden Materialeigenschaften können dabei insbesondere über den
gesamten, in axialer Erstreckungsrichtung des Stangenmaterials begrenzten,
Umfang vorliegen, wobei insbesondere über den gesamten Querschnitt
des Stangenmaterials (gegenüber
anderen axialen Bereichen) abweichende Materialeigenschaften vorliegen.
Dabei können
auch Teilbereiche des Umfangs eines axialen Stangenmaterialabschnitts
oder Teilbereiche des Querschnittes des Stangenmaterials lokal abweichende
Materialeigenschaften aufweisen. Insbesondere ist das Stangenmaterial
in diesen Bereichen besonders spröde ausgeführt, so dass durch diese Materialeigenschaft eine
Versagensstelle definiert ist. Als Materialeigenschaft kommt insbesondere
eine mechanische Eigenschaft in Betracht, ggf. wenigstens eine aus
der Gruppe: Festigkeit, Härte,
Duktilität,
Gefügeaufbau, Verfestigung,
Umformgrad, etc..
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Die
Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand
der Figuren näher
erläutert.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte
Ausführungsvarianten
der Erfindung zeigen, auf die sie jedoch nicht beschränkt ist.
Es zeigen schematisch:
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1:
eine Vorrichtung während
des Prozesses in perspektivischer Ansicht,
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2:
eine weitere Vorrichtung während
des Prozesses in perspektivischer Ansicht,
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3:
eine Vorrichtung während
des Prozesses in einer Aufsicht,
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4:
eine weitere Vorrichtung während
des Prozesses in einer Aufsicht und
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5:
einen Querschnitt durch die Seitenansicht einer Vorrichtung.
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1 zeigt
hierbei die Vorrichtung 13 zum kombinierten Druckwalzen
und Biegen eines Stangenmaterials 1 durch ein rotierendes
Drückwalzwerkzeug 16,
das hier als Umformwerkzeug 2 eingesetzt wird, mit drei
Walzen 17, die um das, durch das Umformwerkzeug 2 durchgeführte, Stangenmaterial 1 herum
drehbar angeordnet sind. Das Stangenmaterial 1 weist dabei
einen ersten Durchmesser 3 vor dem Umformwerkzeug 2 auf
und wird durch eine Vorschubeinrichtung 14 mit einem Vorschub 15 durch
das Umformwerkzeug 2 hindurch gedrückt. Dabei wird der Durchmesser 3 des
Stangenmaterials 1 in Folge des Umformprozesses durch das
Umformwerkzeug 2 auf einen zweiten Durchmesser 11 nach
dem Umformwerkzeug 2 reduziert. In Folge des Umformens durch
die Walzen 17 wird das Material des Stangenmaterials 1 in
der Einflusszone 5 des Umformwerkzeugs 2 teilweise
(außen)
plastisch verformt, so dass das Biegen des Stangenmaterials 1 mit
geringeren Kräften
möglich
wird.
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Die
dem Umformwerkzeug 2 nachgeordnete Ablenkvorrichtung 4 wird
derart eingestellt, gegebenenfalls durch eine Steuerung 18,
dass ein Biegeradius 9 erzeugt wird. Dabei wird dieser
Biegeradius 9 in der Steuerung 18 eingegeben oder
an der Vorrichtung 13 eingestellt, wobei in Folge der Rückfederung des
Stangenmaterials 1 nach dem Biegen ein Krümmungsradius 10 im
erzeugten Endprodukt des Stangenmaterials 1 auftritt.
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Die
Steuerung 18 ist insbesondere für eine gemeinsame Steuerung
wenigstens von Vorschubeinheit 14, Dreh- und Zustellgeschwindigkeit
bzw. Zustellweg der Walzen 17, Drehgeschwindigkeit des Umformwerkzeugs 2 und
Positionierung der Ablenkvorrichtung 4 geeignet. Dies ist
in 1 durch die gestrichelten Verbindungslinien zwischen
Steuereinheit 18 und den einzelnen Vorrichtungskomponenten
dargestellt.
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2 zeigt
eine weitere Vorrichtung 13 in perspektivischer Ansicht,
wobei die Rückseite
des Umformwerkzeugs 2 mit den Walzenachsenaufnahmen 23 in
dem Grundkörper 19 dargestellt
ist. Die Ablenkvorrichtung 4 ist als Matrize ausgeführt, durch die
sich das Stangenmaterial 1 erstreckt. Durch das Umformwerkzeug 2 wird
der erste Durchmesser 3 des Stangenmaterials auf den zweiten
Durchmesser 11 reduziert.
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3 zeigt
schematisch eine Aufsicht auf das Drückwalzwerkzeug 16,
das im Wesentlichen aus einem Grundkörper 19 und, in diesem
Fall, aus drei auf dem Grundkörper 19 drehbar
angeordneten Walzen 17 besteht. Dabei rotiert das Drückwalzwerkzeug 16 mit
seinem Grundkörper 19 und
den Walzen 17 um das Stangenmaterial 1, das im
Bereich vor dem Umformwerkzeug einen ersten Durchmesser 3 aufweist
und im umgeformten Zustand nach dem Umformwerkzeug einen zweiten
Durchmesser 11. Die Walzen 17 sind in dieser Ausführungsform
in einer konischen Ausführung
dargestellt, deren kleinerer Durchmesser mit dem ersten Durchmesser 3 des Stangenmaterials 1 in
Eingriff kommt und deren größerer Durchmesser
den umgeformten zweiten Durchmesser 11 des Stangenmaterials 1 erzeugt.
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4 zeigt
schematisch eine Aufsicht einer weiteren Vorrichtung 13,
mit einem Walzdrückwerkzeug 16,
im Wesentlichen bestehend aus einem Grundkörper 19 und darauf
angeordneten Walzen 17, die durch Vorschubeinheiten eine
Zustellbewegung 20 ausführen
können.
Während
des Prozesses drehen sich der Grundkörper 19 in einer ersten
Drehrichtung 21 um das Stangenmaterial 1 und die
Wal zen in einer zweiten Drehrichtung 22, wobei die Walzen 17 auf
dem Umfang des Stangenmaterials 1 abrollen.
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5 zeigt
schematisch einen Querschnitt durch die Vorrichtung 13,
wobei hier ein hohles Stangenmaterial 1 dargestellt ist,
mit einem ersten Durchmesser 3 vor dem Umformwerkzeug 2 und
einem Innenquerschnitt 6 und einer dementsprechenden Wandstärke 12.
Das Stangenmaterial 1 wird im Bereich der Einflusszone 5 des
Umformwerkzeugs 2 von dem ersten Durchmesser 3 auf
den zweiten Durchmesser 11 reduziert, wobei ein Dorn 7 wenigstens
in einen Teilbereich 8 der Einflusszone 5 des Umformwerkzeugs 2 eingeschoben
ist, so dass in diesem Bereich das Stangenmaterial 1 mit
seinem Innenquerschnitt 6 auf dem Dorn 7 abgestützt ist.
In einem axial begrenzten Teilbereich des Stangenmaterials 1 wird
durch entsprechende Veränderung
einzelner oder mehrerer Verfahrensparameter eine Versagenszone 24 erzeugt.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Es sind vielmehr zahlreiche Abwandlungen der Erfindung im Rahmen
der Patentansprüche
möglich.
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- 1
- Stangenmaterial
- 2
- Umformwerkzeug
- 3
- Erster
Durchmesser (D1)
- 4
- Ablenkvorrichtung
- 5
- Einflusszone
- 6
- Innenquerschnitt
- 7
- Dorn
- 8
- Teilbereich
- 9
- Biegeradius
(RB)
- 10
- Krümmungsradius
(RK)
- 11
- Zweiter
Durchmesser (D2)
- 12
- Wandstärke
- 13
- Vorrichtung
- 14
- Vorschubeinheit
- 15
- Vorschub
- 16
- Drückwalzwerkzeug
- 17
- Walzen
- 18
- Steuerung
- 19
- Grundkörper
- 20
- Zustellbewegung
- 21
- Erste
Drehrichtung
- 22
- Zweite
Drehrichtung
- 23
- Walzenachsenaufnahme
- 24
- Versagenszone