EP4028183B1

EP4028183B1 - Reckwalzvorrichtung und reckwalzverfahren

Info

Publication number: EP4028183B1
Application number: EP20772242.2A
Authority: EP
Inventors: Markus Schaprian
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2020-09-10
Publication date: 2023-07-05
Anticipated expiration: 2040-09-10
Also published as: DE102019213833A1; US20220362827A1; CN114585459A; WO2021048246A1; EP4028183A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Reckwalzvorrichtung sowie ein Reckwalzverfahren zum Druckumformen von Werkstücken durch Walzen. Die Reckwalzvorrichtung weist zu diesem Zweck ein Arbeitswalzenpaar mit zwei Walzen auf, die in Axialrichtung mehrere Stufen realisieren, die zur schrittweisen Umformung der Werkstücke eingerichtet sind, indem die Werkstücke die Stufen sukzessive durchlaufen.

Hintergrund der Erfindung

Zu den Längswalzverfahren, in denen das Walzgut senkrecht zu den Walzachsen durch den Walzenspalt transportiert und dabei umgeformt wird, zählt das Reckwalzverfahren. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass ein zu walzender Rohling, beispielsweise ein Rund- oder Vierkantmaterial, durch einen Manipulator den Walzen zugeführt und in einzelnen Stufen, die in Axialrichtung der Walzen angeordnet sind und auch als "Stiche", "Kaliber" oder "Sektoren" bezeichnet werden, umgeformt wird. Die Stufen der Walzen weisen demzufolge zumeist unterschiedliche Walzprofile auf und werden vom zu walzenden Rohling nacheinander durchlaufen, wodurch der Profilquerschnitt des Rohlings schrittweise geändert wird.
Das Reckwalzen ist besonders zur Herstellung von Zwischenformen, wie etwa Halbzeugen oder Vorformlingen, in selteneren Fällen auch von Fertigformteilen geeignet. Im Fall der Herstellung von Zwischenformen können durch das Reckwalzen nachgelagerte Verarbeitungsschritte, wie etwa ein Gesenkschmieden, vereinfacht werden. So lassen sich beispielsweise der Materialeinsatz und die Prozesskräfte beim Gesenkschmieden reduzieren sowie die Oberflächenqualität der Bauteile erhöhen. Konkret wird das Reckwalzen beispielsweise zur Herstellung von Zwischenformen für Bauteile wie Kurbelwellen, Achsen und Lenkerbauteile angewendet.
Die DE 10 2014 101 150 A1 beschreibt eine Reckwalzvorrichtung, die ein Walzenpaar mit zwei im Drehsinn umkehrbaren Walzen und zwei Greifeinrichtungen zur Handhabung der zu walzenden Werkstücke aufweist. Die beiden Greifeinrichtungen sind auf gegenüberliegenden Seiten des Walzenpaars angeordnet. Ferner weisen die Walzen in Axialrichtung zumindest zwei Walzwerkzeuge, d.h. Stufen, auf, wobei die Stufen zur schrittweisen Umformung des Werkstücks eingerichtet sind.
Die Ausbringung der Werkstücke ist gemäß der in der DE 10 2014 101 150 A1 beschriebenen Technik dadurch begrenzt, dass die Handhabung der Werkstücke durch die beiden Greifeinrichtungen stets nur einen Teil des Walzenpaars beansprucht, d.h. nicht alle Stufen werden gleichzeitig genutzt.
Eine Erhöhung der Ausbringung wird mit einer Reckwalzvorrichtung gemäß der DE 10 2016 112 946 A1 , welche die Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, erzielt. Zu diesem Zweck sind auf der gegenüberliegenden Seiten des Walzenpaars jeweils mehrere Greifeinrichtungen installiert, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Greifeinrichtungen, die ein Greifeinrichtungspaar bilden, einer Stufe zugeordnet sind und das entsprechende Werkstück greifen. Zudem weist die Reckwalzvorrichtung eine Transfervorrichtung auf, um die Werkstücke im Arbeitstakt der Vorrichtung von Greifeinrichtungspaar zu Greifeinrichtungspaar zu befördern.
Die Ausbringungserhöhung gemäß der DE 10 2016 112 946 A1 wird durch einen erheblichen konstruktiven Aufwand erkauft, denn zur parallelen Belegung der Stufen werden pro Stufe zwei Greifeinrichtungen verwendet, um das Werkstück an beiden Enden zu greifen. Das parallele Walzen mehrerer Werkstücke ist zudem mit einem technischen Problem verbunden, das daher resultiert, dass die Werkstücke durch die Verformung in unterschiedlichen Stadien entlang der Axialrichtung der Walzen unterschiedliche Längen aufweisen. Hierfür muss ein Längenausgleich zwischen den einzelnen Greifeinrichtungen sichergestellt werden, um einen zuverlässigen und qualitativ hochwertigen Walzprozess sicherzustellen.
Weitere Reckwalzvorrichtungen sind in der DE 1 269 087 A , WO 2018/171828 A1 , DE 10 2014 101 151 A1 und EP 2 316 589 A1 beschrieben.

Darstellung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Reckwalzvorrichtung sowie ein verbessertes Reckwalzverfahren anzugeben, insbesondere eine hohe Ausbringung von Werkstücken mit einer reduzierten baulichen Komplexität zu realisieren.
Gelöst wird die Aufgabe mit einer Reckwalzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Reckwalzverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.
Die Reckwalzvorrichtung gemäß der Erfindung dient zum Druckumformen von Werkstücken, vorzugsweise metallischen Werkstücken, durch Walzen.
Die Reckwalzvorrichtung weist ein Arbeitswalzenpaar mit zwei Walzen auf, die jeweils um deren Walzenachsen rotierbar sind und zwischen sich einen Walzenspalt ausbilden. Die Walzen sind so eingerichtet, dass sie in Axialrichtung mehrere Stufen realisieren, die zur schrittweisen Umformung der Werkstücke vorgesehen sind, indem die Werkstücke die Stufen sukzessive durchlaufen. Bei der Umformung der Werkstücke drehen sich die Arbeitswalzen entgegengesetzt. Die Arbeitswalzen können im Drehsinn umkehrbar sein. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Normalerweise unterscheiden sich die Walzprofile an den unterschiedlichen Stufen, um so eine schrittweise Umformung der Werkstücke durchzuführen. Vorzugsweise durchläuft jedes Werkstück alle Stufen, von der niedrigsten Stufe bis zur höchsten Stufe. Allerdings kann es in besonderen Fällen auch möglich sein, dass nicht alle Stufen auf die Werkstücke wirken, d.h. Stufen weggelassen oder übersprungen werden. Die Bezeichnungen "sukzessive", "schrittweise" usw. beschränken die Bearbeitung somit nicht notwendigerweise auf einen vollständigen Durchlauf aller zur Verfügung stehender Stufen.
Die Reckwalzvorrichtung weist ferner einen, vorzugsweise genau einen, Manipulator mit mehreren Greifeinrichtungen auf. Vorzugsweise ist die Anzahl der Greifeinrichtungen gleich der Anzahl der Stufen. Die Greifeinrichtungen, vorzugsweise der gesamte oder im Wesentlichen gesamte Manipulator, sind auf einer Arbeitsseite des Arbeitswalzenpaars angeordnet und eingerichtet, die Werkstücke zu greifen und an einer zugeordneten Stufe in einer Vorschub-/Rückzugsrichtung durch den Walzenspalt zu führen. Die Arbeitsseite ist durch die Lage des Arbeitswalzenpaars und der Greifeinrichtungen definiert. Die der Arbeitsseite gegenüberliegende Seite (relativ zum Arbeitswalzenpaar) kann als Werkzeugwechselseite konzipiert sein, über die Wartungsarbeiten, etwa ein Walzenwechsel, realisierbar ist.
Die Reckwalzvorrichtung weist ferner eine Ablage auf, die eingerichtet ist, um Werkstücke temporär zu stützen und in Zusammenwirkung mit dem Manipulator an eine andere Greifeinrichtung, vorzugsweise die benachbarte Greifeinrichtung der nächsthöheren Stufe, zu übergeben. In anderen Worten, die Werkstücke werden von einer Greifeinrichtung an eine andere Greifeinrichtung, vorzugsweise eine Greifeinrichtung höherer Stufe, beispielsweise der nächsthöheren Stufe, übergeben. Diese Übergabe der Werkstücke findet normalerweise einmal pro Arbeitstakt der Reckwalzvorrichtung statt. Jenes Werkstück, das die Bearbeitung vollständig durchlaufen hat, vorzugsweise das Werkstück der höchsten Stufe, wird ausgeschleust. Ferner wird ein neues Werkstück, das hierin auch als Rohling bezeichnet wird, der untersten Bearbeitungsstufe zugeführt. Somit werden bei der Übergabe der Werkstücke normalerweise nur das erste Werkstück (der Rohling) bis vorletzte Werkstück durch eine Greifeinrichtung gegriffen und aufgenommen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung "fertiges Werkstück" sich nur auf den Reckwalzvorgang bezieht, d.h. nicht notwendigerweise ein Endprodukt oder Fertigformteil bezeichnet. Vielmehr ist das fertige Werkstück, das alle beabsichtigten Stufen der Reckwalzvorrichtung durchlaufen hat, vorzugsweise eine Zwischenformen, wie etwa ein Halbzeug oder Vorformling.
Die Ablage ist kein Manipulator, da die Ablage keine Greifeinrichtungen aufweist, die eingerichtet sind, um die Werkstücke zu greifen und in einer Vorschub-/Rückzugsrichtung durch den Walzenspalt zu führen. Insbesondere weist die Ablage keine Greifeinrichtungen auf, die in den Walzenspalt eintreten bzw. durch diesen hindurchtreten oder hindurchtreten können. Die Ablage kann passiv eingerichtet sein, indem die Werkstücke zur Übergabe darauf abgelegt werden bzw. die Ablage die Werkstücke abstützt, ohne diese aktiv zu greifen oder zu klammern. Alternativ kann die Ablage Festhaltemittel aufweisen, die eingerichtet sind, um die Werkstücke temporär festzuhalten bzw. zu stabilisieren, beispielsweise zu greifen oder zu klammern.
Die so konstruierte Reckwalzvorrichtung erlaubt eine Bearbeitung mehrerer Werkstücke gleichzeitig durch eine parallele Belegung aller oder zumindest mehrerer Stufen, beispielsweise jeder zweiten Stufe. Durch die Parallelbelegung lässt sich die Ausbringung der Werkstücke, somit die Produktivität erhöhen. Dies wird erreicht, ohne dass zwei oder mehr Manipulatoren auf gegenüberliegenden Seiten des Arbeitswalzenpaars installiert sind. Der Manipulator auf der Arbeitsseite wird gegebenenfalls lediglich um weitere Greifeinrichtungen, etwa Zangen, erweitert, wodurch die verbesserte Funktionalität ohne erhebliche Erhöhung der baulichen und prozessualen Komplexität der Reckwalzvorrichtung erzielt wird. Die Übergabe der Werkstücke an Greifeinrichtungen im Prozessverlauf nachfolgender Stufen wird in Verbindung mit einer Ablage realisiert. Auf diese Weise wird eine hohe Ausbringung mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von Baugruppen realisiert, wodurch sich ferner die Zuverlässigkeit und Wartbarkeit der Reckwalzvorrichtung verbessert.
Vorzugsweise sind eine oder mehrere Greifeinrichtungen um ihre eigene Achse rotierbar eingerichtet, um eine Drehung der entsprechenden Werkstücke zwischen den einzelnen Stufen zu ermöglichen. Hierbei ist eine Drehung der Werkstücke um deren Längsachse um einen bestimmten Winkel, beispielsweise 90°, gemeint. Die Drehung kann vor oder nach der Umformung an der jeweiligen Stufe erfolgen.
Gemäß der Erfindung sind die Greifeinrichtungen eingerichtet, um die Werkstücke an einem Ende zu greifen und an einer zugeordneten Stufe durch den Walzenspalt zu führen, während die Werkstücke am anderen Ende nicht gegriffen werden. Es ist nicht erforderlich, dass das "zweite" Ende der Werkstücke von einer zusätzlichen Greifeinrichtung eines Manipulators gegriffen wird, womit nicht nur eine Reduktion der baulichen Komplexität sondern auch der Prozessteuerung einhergeht.
Vorzugsweise ist die Ablage in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung verfahrbar. Insbesondere kann die Verfahrbarkeit der Ablage genutzt werden, um die Übergabe der Werkstücke durch einen Quertransport derselben durch die Ablage zu realisieren oder zumindest zu unterstützen. Alternativ oder zusätzlich kann die Ablage in der Hoch-/Runterrichtung verfahrbar eingerichtet sein, beispielsweise um während des Walzens abzutauchen und den Walzprozess nicht zu behindern.
Vorzugsweise ist die Ablage auf der Arbeitsseite angeordnet. Somit ist die Seite gegenüber der Arbeitsseite, die vorteilhafterweise als Werkzeugwechselseite konzipiert ist, nicht durch die Ablage verbaut oder eingeschränkt zugänglich. Dies verbessert die Wartbarkeit der Reckwalzvorrichtung.
Vorzugsweise ist die Anzahl der Greifeinrichtungen gleich der Anzahl der Stufen, wobei die Zuordnung Greifeinrichtung zur Stufe eine Eins-zu-eins-Zuordnung ist. Auf diese Weise ist das Arbeitswalzenpaar entlang der Axialrichtung optimal nutzbar, wobei die Beschaffenheit und Steuerung der einzelnen Greifeinrichtungen bestmöglich für die zugehörige Stufe konzipiert sein können.
Vorzugsweise sind die Greifeinrichtungen durch den Manipulator in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung verfahrbar, wobei zu diesem Zweck besonders bevorzugt der Manipulator selbst relativ zum Arbeitswalzenpaar in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung verfahrbar ist. Insbesondere kann die Verfahrbarkeit der Greifeinrichtungen bzw. des Manipulators genutzt werden, um den Quertransport, d.h. Transport der Werkstücke für die Übergabe in Axialrichtung, entweder in Verbindung mit einer stationären Ablage oder durch Kombination mit einer ebenfalls verfahrbaren Ablage zu realisieren.
Am Ende des Walzvorgangs haben die Werkstücke der verschiedenen Stufen normalerweise unterschiedliche Längen. Um diese unterschiedliche Längung auszugleichen, ist vorzugsweise zumindest eine Greifeinrichtung relativ zum Manipulator in der Vorschub-/Rückzugsrichtung verstellbar. Dies kann mittels eines Längenausgleichsabschnitts realisiert werden, der das Greifmittel, etwa die Klammern, der entsprechenden Greifeinrichtung zum Längenausgleich in der Vorschub-/Rückzugsrichtung verstellen kann. Vorzugsweise weisen zumindest N-1 (hierbei bezeichnet N die Anzahl der Stufen) Greifeinrichtungen einen solchen Längenausgleichsabschnitt auf. Die Längenzunahme und/oder die Geschwindigkeit der Längenzunahme können von Stufe zu Stufe unterschiedlich sein. Somit sind die Greifeinrichtungen vorzugsweise individuell beweglich. Die individuelle Beweglichkeit bzw. Verfahrbarkeit in Vorschub-/Rückzugsrichtung kann zu diesem Zweck passiv, beispielsweise gefedert, oder aktiv, beispielsweise pneumatisch, elektromotorisch usw., realisiert werden.
Vorzugsweise weist die Ablage Festhaltemittel auf, die eingerichtet sind, um die Werkstücke temporär zur Übergabe an die jeweils benachbarte Greifeinrichtung der nächsthöheren Stufe festzuhalten, vorzugsweise zu klammern, während die Greifeinrichtungen umgreifen. Auf diese Weise lässt sich die Zuverlässigkeit der Übergabe verbessern. Hierbei sind die Festhaltemittel vorzugsweise im Wesentlichen, d.h. beispielsweise bis auf eine Klemmbewegung, relativ zur Ablage stationär.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Reckwalzverfahren zum Druckumformen von Werkstücken mittels einer Reckwalzvorrichtung gemäß der obigen Beschreibung gelöst. Das Verfahren weist auf: Greifen mehrerer Werkstücke durch jeweils eine Greifeinrichtung des Manipulators; Führen der Werkstücke durch den Walzenspalt, gebildet von dem Arbeitswalzenpaar, an einer zugeordneten Stufe in der Vorschub-/Rückzugsrichtung; Rotieren der Walzen, vorzugsweise gegensinnig, und Ausüben von Druck auf die Werkstücke durch die Walzen, wodurch die Werkstücke entsprechend ihrer Stufe umgeformt werden; Transportieren der Werkstücke an eine Übergabeposition und Abstützen der Werkstücke durch die Ablage, vorzugsweise Ablegen der Werkstücke auf die Ablage; Freigeben der Werkstücke durch die Greifeinrichtungen; und Greifen von Werkstücken durch eine andere Greifeinrichtung, vorzugsweise die benachbarte Greifeinrichtung der nächsthöheren Stufe. Die Greifeinrichtungen des Manipulators greifen die Werkstücke an einem Ende und führen sie an der zugeordneten Stufe durch den Walzenspalt, während die Werkstücke am anderen Ende nicht gegriffen werden.
Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf die Reckwalzvorrichtung beschrieben wurden, gelten analog für das Reckwalzverfahren.
So werden vorzugsweise ein oder mehrere Werkstücke zwischen den einzelnen Stufen um deren Längsachsen, beispielsweise um 90°, gedreht. Die Drehung kann vor oder nach der Umformung an der jeweiligen Stufe erfolgen.
Vorzugsweise verfährt die Ablage zur Übergabe der Werkstücke an eine andere Greifeinrichtung in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung und/oder Hoch-/Runterrichtung, um so die Übergabe zu realisieren oder zumindest zu unterstützen. Alternativ oder zusätzlich verfahren die Greifeinrichtungen durch den Manipulator zur Übergabe der Werkstücke an eine andere Greifeinrichtung in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung. Besonders bevorzugt bewegt sich zu diesem Zweck im Wesentlichen nur der Manipulator selbst relativ zum Arbeitswalzenpaar in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung.
Um eine unterschiedliche Längung der Werkstücke an den verschiedenen Stufen auszugleichen, wird vorzugsweise zumindest eine Greifeinrichtung gemäß der Länge des zugeordneten Werkstücks relativ zum Manipulator in der Vorschub-/Rückzugsrichtung verstellt. Vorzugsweise werden die Greifeinrichtungen während des Walzens individuell bewegt, da die Längenzunahme und/oder die Geschwindigkeit der Längenzunahme von Stufe zu Stufe unterschiedlich sein können. Dies kann passiv, beispielsweise gefedert, oder aktiv, beispielsweise pneumatisch, elektromotorisch usw., realisiert werden.
Vorzugsweise ist die Anzahl der zu walzenden Werkstücke kleiner als die Anzahl der zur Verfügung stehenden Stufen, beispielsweise etwa halb so groß. Eine reduzierte Belegung der Stufen kann gegebenenfalls zur Einhaltung von Maschinengrenzen bezüglich Kraft oder Energieentnahme günstig oder erforderlich sein.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale realisiert werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erfolgt mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Figuren

Die Figuren 1a bis 1c sind schematische Draufsichten auf eine Reckwalzvorrichtung in unterschiedlichen Verfahrensstadien gemäß einer Ausführungsform.
Die Figuren 2a bis 2c sind schematische Draufsichten auf eine Reckwalzvorrichtung in unterschiedlichen Verfahrensstadien gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Figuren 3a bis 3c sind schematische Draufsichten auf eine Reckwalzvorrichtung in unterschiedlichen Verfahrensstadien gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Figuren 4a bis 4c sind schematische Draufsichten auf eine Reckwalzvorrichtung in unterschiedlichen Verfahrensstadien gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholende Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
Die Figuren 1a bis 1c sind schematische Draufsichten auf eine Reckwalzvorrichtung 1 in unterschiedlichen Verfahrensstadien gemäß einer Ausführungsform. Die Reckwalzvorrichtung 1 ist zum Druckumformen von Werkstücken W durch Walzen eingerichtet.
Zunächst werden die Komponenten der Reckwalzvorrichtung 1 und im Anschluss daran ein damit durchführbares Reckwalzverfahren erläutert.
Die Reckwalzvorrichtung 1 weist ein Arbeitswalzenpaar mit einer oberen und einer unteren Walze 10 auf. Die obere Walze ist in den Figuren weggelassen, um die Manipulation sowie den Transport der Werkstücke W besser sichtbar zu machen. Die Walzen 10 sind entgegengesetzt rotierbar. Ihr Drehsinn kann umkehrbar vorgesehen sein, dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Die Walzen 10 umfassen in Axialrichtung mehrere Stufen S1 bis S4, die auch als Stiche, Kaliber oder Segmente bezeichnet werden. Vorzugsweise unterscheidet sich das Walzprofil der Arbeitswalzen an den unterschiedlichen Stufen S1 bis S4. Die Stufen S1 bis S4 dienen der schrittweisen Umformung der Werkstücke W, wobei ein solches Werkstück W zu diesem Zweck sukzessive die Stufen S1 bis S4 durchläuft. In den Figuren sind beispielhaft vier Stufen S1 bis S4 gezeigt.
Zwischen den Stufen S1 bis S4 werden die Werkstücke W vorzugsweise um einen Winkel, beispielsweise 90°, gedreht, wie es durch Pfeile in der Figur 1b angedeutet ist. Die Drehung kann vor oder nach der Umformung an der jeweiligen Stufe S1 bis S4 erfolgen.
Die Reckwalzvorrichtung 1 weist ferner einen Manipulator 20 mit mehreren Greifeinrichtungen 21 auf. Die Greifeinrichtungen 21 sind entsprechend den Stufen S1 bis S4 zugeordnet, wobei nicht unbedingt eine Eins-zu-eins-Zuordnung erforderlich ist. Beispielsweise kann eine Greifeinrichtung 21 zur Bedienung mehrerer Stufen eingerichtet sind. Allerdings ist die Anzahl der Greifeinrichtungen 21 vorzugsweise gleich der Anzahl der Stufen S1 bis S4, wie in den Figuren gezeigt, wobei in diesem Fall die Zuordnung eine Eins-zu-eins-Zuordnung ist. Die Seite, auf der sich der Manipulator 20 mit den Greifeinrichtungen 21 relativ zum Arbeitswalzenpaar befindet, wird hierin als Arbeitsseite AS bezeichnet. Die Greifeinrichtungen 21 weisen beispielsweise verstellbare Klemmbacken auf, um die Werkstücke W sicher greifen und zur Übergabe loslassen zu können.
Der Manipulator 20 ist gemäß der Ausführungsform der Figuren 1a bis 1c in Axialrichtung der Walzen 10 (hierin als "Axialrichtung" oder "Querrichtung" bezeichnet) und in der horizontalen Radialrichtung derselben (hierin als "Radialrichtung" oder "Vorschub-/Rückzugsrichtung" bezeichnet) verfahrbar eingerichtet, wie es in den Figuren durch Pfeile angezeigt ist. Allerdings können ein oder mehrere der Freiheitsgrade alternativ oder zusätzlich auch individuell durch die Greifeinrichtungen 21 realisiert werden. Eine individuelle Beweglichkeit der Greifeinrichtungen 21 oder eines Teils der Greifeinrichtungen 21 (vorzugsweise zumindest drei von vier) in Vorschub-/Rückzugsrichtung, ebenfalls durch Pfeile in den Figuren dargestellt, ist besonders bevorzugt vorgesehen, um eine Längenausgleichsfunktion zur Kompensation einer Längenänderung des Werkstücks W durch die unterschiedlichen Stufen S1 bis S4 zu realisieren. Die individuelle Verfahrbarkeit in Vorschub-/Rückzugsrichtung kann zu diesem Zweck passiv, beispielsweise gefedert, oder aktiv, beispielsweise pneumatisch, elektromotorisch usw., realisiert werden. Zudem können die Greifeinrichtungen 21 um ihre eigene Achse rotierbar eingerichtet sein, um eine Drehung der Werkstücke W zwischen den einzelnen Stufen S1 bis S4 zu ermöglichen.
Die Reckwalzvorrichtung 1 weist ferner eine Ablage 30 auf, die gemäß der Ausführungsform der Figuren 1a bis 1c auf der der Arbeitsseite AS gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Die Ablage 30 kann stationär oder entlang einer oder mehrerer Freiheitsgrade verfahrbar eingerichtet sein. Die Ablage 30 kann passiv vorgesehen sein, so dass die Werkstücke W in einer Vorschubstellung (Figur 1b, weiter unten im Detail beschrieben) darauf abgelegt werden bzw. die Ablage 30 die Werkstücke W abstützt, ohne diese aktiv zu greifen oder zu klammern. Alternativ kann die Ablage 30 Festhaltemittel 31 aufweisen, die eingerichtet sind, um die Werkstücke W temporär festzuhalten, beispielsweise zu greifen oder zu klammern.
Indem die Ablage 30 und/oder der Manipulator 20 bzw. dessen Greifeinrichtungen 21 in Axialrichtung verfahrbar eingerichtet sind, kann eine gesonderte Transfereinrichtung für die Übergabe der Werkstücke W an benachbarte Greifeinrichtungen 21 entfallen.
In den Figuren 1a bis 1c ist die Reckwalzvorrichtung 1 in Stellungen unterschiedlicher Verfahrensstadien zeigt.
Die Reckwalzvorrichtung 1 gemäß der Figur 1a befindet sich in einer zurückgezogenen Stellung, in der alle in Bearbeitung befindlichen Werkstücke W, gehalten von den entsprechenden Greifeinrichtungen 21, vollständig aus dem durch das Arbeitswalzenpaar gebildeten Walzenspalt heraus- bzw. zurückgezogen sind.
Anschließend fährt der Manipulator 20 die Werkstücke W in die vollständig vorgeschobene Stellung, dargestellt in der Figur 1b. Dabei treten die Greifeinrichtungen 21 in den Walzenspalt ein und gegebenenfalls mit ihren Vorderenden durch diesen hindurch. Vorzugsweise findet während dieses Transfers kein Walzen, d.h. keine plastische Verformung der Werkstücke W durch die Walzen 10 statt. Stattdessen dient der Transfer der Ausrichtung der Werkstücke W, unter Positionierung auf der Ablage 30, und gegebenenfalls mit Drehung eines oder mehrerer der Werkstücke W um deren eigene Achsen, vorzugsweise 90°. Der Transfer in die vollständig vorgeschobene Stellung weist eine axiale Komponente auf, d.h. die Werkstücke werden quer in die jeweils höhere Stufe S2 bis S4 verschoben (in den Figuren nach oben), wodurch sich auf der ersten Stufe S1 am Ende das Transfers kein Werkstück W befindet.
Während oder nach dem Transfer in die vollständig vorgeschobene Stellung wird durch eine Zufuhreinrichtung (in den Figuren nicht dargestellt) ein neues Werkstück/Rohling Wn der ersten Stufe S1 zugeführt, indem dieses auf der entsprechenden Position der Ablage 30 positioniert wird. Die Zufuhr eines neuen Werkstücks Wn ist in der Figur 1b durch einen Pfeil dargestellt. Die Zufuhreinrichtung kann beispielsweise durch einen Roboter realisiert werden, der das Werkstück Wn einem Vorratsbehälter, Ofen oder dergleichen (ebenfalls in den Figuren nicht dargestellt) entnimmt und auf der Ablage 30 an der Stufe S1 ablegt. Die Zufuhreinrichtung kann Teil der Reckwalzvorrichtung oder eine separate Komponente sein.
Nach dem Transfer in die vollständig vorgeschobene Stellung wird ferner durch eine Abgabeeinrichtung (in den Figuren nicht dargestellt) das fertige Werkstück Wf, das den Walzprozess vollständig durchlaufen hat, gegriffen und aus dem Prozess ausgeschleust bzw. entfernt. Dieser Verfahrensschritt ist in der Figur 1c gezeigt, wobei die Abgabe des fertigen Werkstücks Wf durch einen Pfeil dargestellt ist. Die Abgabeeinrichtung kann beispielsweise durch einen Roboter realisiert werden, der das Werkstück Wf greift und an eine nachfolgende Einrichtung, beispielsweise eine Transporteinrichtung oder einen Aufbewahrungsbehälter, übergibt. Die Abgabeeinrichtung kann Teil der Reckwalzvorrichtung oder eine separate Komponente sein. Die Entfernung des fertigen Werkstücks Wf durch die Abgabeeinrichtung und die Zufuhr eines neuen Werkstücks Wn durch die Zufuhreinrichtung können gleichzeitig, im Wesentlichen gleichzeitig oder nacheinander erfolgen.
Indem die Werkstücke W in der vollständig vorgeschobenen Stellung durch die Ablage 30 gehalten werden, können die Greifeinrichtungen 21 ihre zugeordneten Werkstücke W loslassen, und der Manipulator 20 fährt die Greifeinrichtungen 21 im Wesentlichen in Axialrichtung in Richtung der ersten Stufe S1 (in den Figuren nach unten), wo die erste Greifeinrichtung 21 das neu zugeführte Werkstück Wn greift und die anderen Greifeinrichtungen 21 jeweils das benachbarte Werkstück W der vorangegangenen Stufe S2 bis S4 greifen. Die Übergabe der Werkstücke W geht aus einem Vergleich der Figuren 1b und 1c hervor.
Nachdem das fertige Werkstück Wf abgegeben ist und alle Werkstücke W, inklusive des neuen Werkstücks/Rohlings Wn, durch die Greifeinrichtungen 21 gegriffen sind - dieses Verfahrensstadium kann als Beginn eines Arbeitstakts angesehen werden -, werden die Werkstücke W gewalzt. Dazu werden die Werkstücke W von den Walzprofilen der entsprechenden Stufen S1 bis S4 der Walzen 10 erfasst, durch Drehung der Walzen 10 (im umgekehrten Drehsinn zum Transfer in die vorgeschobene Stellung) transportiert und plastisch verformt. Die Walzrichtung (in den Figuren nach links) ist hierin mit dem Bezugszeichen WR bezeichnet. Anschließend kommt die Reckwalzvorrichtung erneut in die Stellung der Figur 1a. Es sind verschiedene Betriebsmodi zur Durchführung eines Arbeitstakts möglich. So kann der Antrieb der Walzen 10 beispielsweise kontinuierlich mit konstanter oder veränderlicher Drehzahl erfolgen. Alternativ können die Walzen 10 in einem Start/Stopp-Modus betrieben werden, etwa mittels eines Direktantriebs und/oder unter Verwendung einer Kupplung und/oder Bremse.
Die Figuren 2a bis 2c sind schematische Draufsichten auf eine Reckwalzvorrichtung 1 in unterschiedlichen Verfahrensstadien gemäß einer weiteren Ausführungsform. Da der Aufbau und die Verfahrensabläufe zu großen Teilen mit denen der Ausführungsform der Figuren 1a bis 1c übereinstimmen, werden nachfolgend im Wesentlichen nur die Unterschiede dargelegt. Dies gilt gleichermaßen für die Ausführungsform der Figuren 3a bis 3c sowie Ausführungsform der Figuren 4a bis 4c.
Die Reckwalzvorrichtung gemäß den Figuren 2a bis 2c unterscheidet sich von der vorangegangenen Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Ablage 30 auf der Arbeitsseite AS angeordnet ist. Die Ablage 30 kann ebenfalls passiv vorgesehen sein, so dass die Werkstücke W darauf abgelegt werden bzw. die Ablage 30 die Werkstücke W abstützt, ohne diese aktiv zu greifen oder zu klammern. Alternativ kann die Ablage 30 Festhaltemittel 31 aufweisen, die eingerichtet sind, um die Werkstücke W temporär festzuhalten, beispielsweise zu greifen oder zu klammern. Die Zufuhr und Abgabe der Werkstücke W wird gemäß dieser Ausführungsform auf der Arbeitsseite AS realisiert, wie es aus den Figuren 2b und 2c hervorgeht. Zur Unterstützung der Übergabe der Werkstücke W an benachbarte Greifeinrichtungen 21 kann die Ablage 30 in Axialrichtung verfahrbar eingerichtet sein. Auch eine Verfahrbarkeit in der Vorschub-/Rückzugsrichtung und/oder Hoch-/Runterrichtung (=Richtung senkrecht zur Axialrichtung und Vorschub-/Rückzugsrichtung) kann implementiert werden, beispielsweise um den Transfer der Werkstücke W durch den Walzenspalt zu unterstützen oder nicht zu behindern.
Zusätzlich zu den technischen Wirkungen, die für alle hierin dargelegten Ausführungsformen gelten und weiter unten beschrieben sind, liegt ein Vorteil der vorliegenden Ausführungsform der Figuren 2a bis 2c darin, dass die Seite gegenüber der Arbeitsseite AS, die vorteilhafterweise als Werkzeugwechselseite konzipiert ist, nicht durch die Ablage 30 verbaut oder eingeschränkt zugänglich ist. Somit kann die Reckwalzvorrichtung einfacher und schneller gewartet werden.
Die beiden Ausführungsformen der Figuren 1a bis 1c und 2a bis 2c realisieren das Umsetzen der Werkstücke W an die nächsthöhere Stufe S2 bis S4 im Wesentlichen dadurch, dass der Manipulator 20 und/oder dessen Greifeinrichtungen 21 in Axialrichtung verfahren werden. Die nachfolgenden beiden Ausführungsformen der Figuren 3a bis 3c und 4a bis 4c realisieren das Umsetzen der Werkstücke W im Wesentlichen durch ein Verfahren der Ablage 30 in Axialrichtung.
Die Ablage 30 ist zu diesem Zweck zumindest in Axialrichtung verfahrbar eingerichtet. Sie kann passiv vorgesehen sein, so dass die Werkstücke W darauf abgelegt werden bzw. die Ablage 30 die Werkstücke W abstützt, ohne diese aktiv zu greifen oder zu klammern. Alternativ kann die Ablage 30 Festhaltemittel 31 aufweisen, die eingerichtet sind, um die Werkstücke W temporär festzuhalten, beispielsweise zu greifen oder zu klammern.
Die Ablage 30 kann auf der Arbeitsseite AS installiert sein, wie in den Figuren 3a bis 3c gezeigt. Alternativ kann die Ablage auf der der Arbeitsseite AS gegenüberliegenden Seite angeordnet sein, wie es aus den Figuren 4a und 4b hervorgeht.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Ablage 30 alternativ oder zusätzlich in der Vorschub-/Rückzugsrichtung zwischen den beiden Seiten, d.h. der Arbeitsseite AS und der der Arbeitsseite AS gegenüberliegenden Seite, verfahrbar eingerichtet sein kann. Ferner können mehrere Ablagen 30 vorgesehen sein, wie es beispielhaft aus der Figur 4c hervorgeht, etwa wenn dies die Handhabung der Werkstücke W verbessert oder vereinfacht, oder um verschiedene Verfahrensabläufe mit ein und derselben Reckwalzvorrichtung 1 ohne erhebliche Umbaumaßnahmen realisieren zu können.
Am Ende des Walzvorgangs haben die Werkstücke W der Stufen S1 bis S4 normalerweise leicht unterschiedliche Längen. Um diese unterschiedliche Längung auszugleichen, weisen zumindest einige, vorzugsweise zumindest N-1 (hierbei bezeichnet N die Anzahl der Stufen), Greifeinrichtungen 21 einen Längenausgleichsabschnitt 22 auf. Die Längenausgleichsabschnitte 22 können beispielsweise durch eine Federung realisiert werden, die zum Längenausgleich der Greifeinrichtungen 21 unterschiedlich weit einfedern können.
In den hierin dargelegten Ausführungsformen werden die Werkstücke W auf dem "Rückweg", d.h. beim Transfer von der vorgeschobenen Stellung in die Ausgangsstellung der Figuren 1a, 2a, 3a und 4a gewalzt. Allerdings kann eine plastische Umformung der Werkstücke durch die Walzen 10 alternativ oder zusätzlich auch beim Vorwärtstransfer, d.h. beim Transfer in die vorgeschobene Stellung, erfolgen.
Das hierin dargelegte Reckwalzkonzept erlaubt eine gleichzeitige Belegung aller oder zumindest mehrerer Stufen S1 bis S4, beispielsweise jeder zweiten Stufe. Eine reduzierte Belegung der Stufen S1 bis S4 kann gegebenenfalls zur Einhaltung von Maschinengrenzen bezüglich Kraft oder Energieentnahme erforderlich sein. Nichtsdestotrotz ermöglicht die Reckwalzvorrichtung 1 durch die Parallelbelegung eine Optimierung der Ausbringung der Werkstücke W. Dies wird erreicht, ohne dass zwei Manipulatoren auf gegenüberliegenden Seiten des Arbeitswalzenpaars erforderlich sind. Der Manipulator auf der Arbeitsseite AS wird lediglich um weitere Greifeinrichtungen 21, etwa Zangen, erweitert, wodurch die verbesserte Funktionalität ohne erhebliche Erhöhung der baulichen und prozessualen Komplexität erzielt wird. Der Quertransport, d.h. Transport der Werkstücke W in Axialrichtung, wird beispielsweise entweder durch eine zusätzliche Quertransportachse im Manipulator 20 in Verbindung mit einer stationären Ablage 30 oder durch Kombination eines in Axialrichtung stationären Manipulators 20 mit einer in Axialrichtung verfahrbaren Ablage 30 realisiert. Es ist hierbei nicht erforderlich, dass das "zweite" Ende der Werkstücke W von einem weiteren Manipulator gegriffen wird. Auf diese Weise wird eine hohe Ausbringung mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von Baugruppen realisiert, wodurch sich ferner die Zuverlässigkeit und Wartbarkeit der Reckwalzvorrichtung verbessert.

Bezugszeichenliste

1: Reckwalzvorrichtung
10: Walze
20: Manipulator
21: Greifeinrichtung
22: Längenausgleichsabschnitt
30: Ablage
31: Festhaltemittel

S1 - S4: Stufe

W: Werkstück
Wn: Neues Werkstück/Rohling
Wf: Fertiges Werkstück

AS: Arbeitsseite
WR: Walzrichtung

Claims

Reckwalzvorrichtung (1) zum Druckumformen von Werkstücken (W) durch Walzen, die aufweist:
ein Arbeitswalzenpaar mit zwei Walzen (10), die jeweils um deren Walzenachsen rotierbar sind und zwischen sich einen Walzenspalt ausbilden, wobei die Walzen (10) in Axialrichtung mehrere Stufen (S1 bis S4) realisieren, die zur schrittweisen Umformung der Werkstücke (W) eingerichtet sind, indem die Werkstücke (W) die Stufen (S1 bis S4) sukzessive durchlaufen;

einen Manipulator (20) mit mehreren Greifeinrichtungen (21), die auf einer Arbeitsseite (AS) des Arbeitswalzenpaars angeordnet und eingerichtet sind, die Werkstücke (W) zu greifen und an einer zugeordneten Stufe (S1 bis S4) in einer Vorschub-/Rückzugsrichtung durch den Walzenspalt zu führen; und

eine Ablage (30), die eingerichtet ist, um Werkstücke (W) temporär zu stützen und in Zusammenwirkung mit dem Manipulator (20) an eine andere Greifeinrichtung (21), vorzugsweise die benachbarte Greifeinrichtung (21) der nächsthöheren Stufe (S2 bis S4), zu übergeben; dadurch gekennzeichnet, dass

die Greifeinrichtungen (21) eingerichtet sind, um die Werkstücke (W) an einem Ende zu greifen und an einer zugeordneten Stufe (S1 bis S4) durch den Walzenspalt zu führen, während die Werkstücke (W) am anderen Ende nicht gegriffen werden.
Reckwalzvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Greifeinrichtungen (21) rotierbar eingerichtet sind, um eine Drehung des gegriffenen Werkstücks (W) um dessen Längsachse, vorzugsweise um einen Winkel von 90°, zwischen den entsprechenden Stufen (S1 bis S4) zu realisieren.
Reckwalzvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablage (30) in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung und/oder Hoch-/Runterrichtung verfahrbar ist, wobei der Manipulator (20) vorzugsweise stationär ist.
Reckwalzvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablage (30) auf der Arbeitsseite (AS) oder der der Arbeitsseite (AS) in Walzrichtung gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
Reckwalzvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Greifeinrichtungen (21) gleich der Anzahl der Stufen (S1 bis S4), wobei die Zuordnung Greifeinrichtung (21) zur Stufe (S1 bis S4) eine Eins-zu-eins-Zuordnung ist.
Reckwalzvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtungen (21) durch den Manipulator (20) in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung verfahrbar sind, vorzugsweise ist der Manipulator (20) relativ zum Arbeitswalzenpaar in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung verfahrbar, und wobei die Ablage (30) vorzugsweise stationär ist.
Reckwalzvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Greifeinrichtung (21) relativ zum Manipulator in der Vorschub-/Rückzugsrichtung individuell verfahrbar ist, um eine unterschiedliche Längung der Werkstücke (W) an den verschiedenen Stufen (S1 bis S4) auszugleichen.
Reckwalzvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die individuelle Verfahrbarkeit der entsprechenden Greifeinrichtungen (21) passiv, vorzugsweise gefedert, oder aktiv, vorzugsweise pneumatisch oder elektromotorisch, realisiert ist.
Reckwalzvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablage (30) Festhaltemittel (31) aufweist, die eingerichtet sind, um die Werkstücke (W) temporär zur Übergabe an die jeweils benachbarte Greifeinrichtung (21) der nächsthöheren Stufe (S2 bis S4) festzuhalten, vorzugsweise zu klammern.
Reckwalzverfahren zum Druckumformen von Werkstücken (W) mittels einer Reckwalzvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, das aufweist:
Greifen mehrerer Werkstücke (W) durch jeweils eine Greifeinrichtung (21) des Manipulators (20);

Führen der Werkstücke (W) durch den Walzenspalt, gebildet von dem Arbeitswalzenpaar, an einer zugeordneten Stufe (S1 bis S4) in der Vorschub-/Rückzugsrichtung;

Rotieren der Walzen (10) und Ausüben von Druck auf die Werkstücke (W) durch die Walzen (10), wodurch die Werkstücke entsprechend ihrer Stufe (S1 bis S4) umgeformt werden;

Transportieren der Werkstücke (W) an eine Übergabeposition und Abstützen der Werkstücke (W) durch die Ablage (30);

Freigeben der Werkstücke (W) durch die Greifeinrichtungen (21); und

Greifen von Werkstücken (W) durch eine andere Greifeinrichtung (21), vorzugsweise die benachbarte Greifeinrichtung (21) der nächsthöheren Stufe (S2 bis S4); wobei

die Greifeinrichtungen (21) die Werkstücke (W) an einem Ende greifen und gemäß der zugeordneten Stufe (S1 bis S4) durch den Walzenspalt führen, während die Werkstücke (W) am anderen Ende nicht gegriffen werden.
Reckwalzverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Werkstücke (W) zwischen den entsprechenden Stufen (S1 bis S4) um deren Längsachsen, vorzugsweise um einen Winkel von 90°, gedreht werden.
Reckwalzverfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übergabe der Werkstücke (W) an eine andere Greifeinrichtung (21) die Ablage (30) in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung und/oder Hoch-/Runterrichtung verfährt.
Reckwalzverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übergabe der Werkstücke (W) an eine andere Greifeinrichtung (21) die Greifeinrichtungen (21) durch den Manipulator (20) in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung verfahren werden, wobei vorzugsweise der Manipulator (20) relativ zum Arbeitswalzenpaar in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung verfährt.
Reckwalzverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Greifeinrichtung (21) gemäß der Längung des zugeordneten Werkstücks (W) relativ zum Manipulator in der Vorschub-/Rückzugsrichtung individuell verfahren wird.
Reckwalzverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das individuelle Verfahren der entsprechenden Greifeinrichtungen (21) passiv, vorzugsweise gefedert, oder aktiv, vorzugsweise pneumatisch oder elektromotorisch, erfolgt.