Verfahren zum Biegen eines Werkstücks

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen eines Werkstücks. Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Biegen ebener Bleche und offener Blechprofile. Die Erfindung betrifft auch ein Biegewerkzeug, das für die Durchführung des Biegeverfahrens geeignet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein nach dem Verfahren aus dem Werkstück gebogenes Bauteil und dessen bevorzugte Verwendung als Strukturelement in einem Fahrzeug, bevorzugt als Strukturelement einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs.

Karosserien von Kraftfahrzeugen werden aus einer Vielzahl von Strukturelementen gefügt. Durch eine Reduzierung der Fügeoperationen können Kosten eingespart werden. Eine Reduzierung der Anzahl der gefügten Bauteile wirkt sich auch positiv auf die Toleranzkette aus. Hinsichtlich der Kosten spielt auch eine Rolle, dass änderungen in der Geometrie der Strukturelemente, beispielsweise von Fahrzeugmodell zu Fahrzeugmodell, mit kostspieligen Anpassungen der Fertigungswerkzeuge verbunden sind, insbesondere bei Einsatz aufwändiger Umformverfahren wie beispielsweise Tiefziehen.

Ein im Vergleich mit Tiefziehen preiswerteres Umformverfahren ist das Biegen, einhergehend allerdings mit einer Beschränkung der durch Biegeoperationen herstellbaren Geometrien. Aus der US 4,712,406 ist beispielsweise ein Biegeverfahren zur Herstellung von rohr- förmigen Strukturelementen bekannt, die in eine nicht kreisförmige Form umgeformt werden, indem gerade Rohrstücke an eine bogenförmig verlaufende Form gedrückt und dadurch der Kontur der Form entsprechend gebogen werden. Falls Strukturelemente kreisförmig gebogen werden sollen, bietet sich als ein preiswertes Biegeverfahren das Profilschwenkbiegen an. Auf beispielsweise ebene Bleche bezogen sind das Profilschwenkbiegen und das Biegeverfahren der US 4,712,406 allerdings auf das Biegen um eine zu der Blechebene parallele Achse beschränkt.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Umformung eines Werkstücks zu schaffen, mit dem insbesondere ein ebenes Blech oder offenes Blechprofil auf preiswerte Weise mit einer in der Ebene des Blechs oder eines Schenkels des Blechprofils verlaufenden Krümmung versehen werden kann. Des Weiteren soll ein Umformwerkzeug geschaffen werden, das sich für die Durchführung des Verfahrens eignet.

Die Erfindung schlägt für das Umformen ein Biegeverfahren vor, bei dem das umzuformende Werkstück mittels einer Halteeinrichtung in einem Halteeingriff gehalten und in einem von der Halteeinrichtung in Längsrichtung vorragenden Biegeabschnitt mittels Reibschluss zwischen Biegewangen geklemmt und gebogen wird. Die Biegeumformung wird in das Werkstück dadurch eingeleitet, dass die Biegewangen mit dem geklemmten Biegeabschnitt relativ zu der Halteeinrichtung mittels einer Rotationsbewegung aus einer ersten Biegewangenposition in eine zweite Biegewangenposition bewegt werden.

Nach der Erfindung wird die das Biegen bewirkende Biegekraft oder zumindest ein überwiegender Teil der Biegekraft mittels einer im Reibschluss der Biegewangen und des Biegeabschnitts wirkenden Reibkraft in den Biegeabschnitt eingeleitet. Auf diese Weise können Werkstücke, deren Dicke mehrfach kleiner als deren Breite und Länge ist, um eine Achse gebogen werden, die sich orthogonal zu der Längsrichtung und der Breitenrichtung, also parallel zu der Richtung erstreckt, in die die Dicke des Werkstücks gemessen wird. Die Erfindung ermöglicht ein Biegeumformen beispielsweise eines ebenen Blechs um die "hohe Kante", also um eine in Dickenrichtung des Blechs erstreckte Achse. Ebenso können offene Profile, vorzugsweise Blechprofile, um eine Achse gebogen werden, die orthogonal zu einem im Querschnitt ebenen Schenkel des Profils weist, indem der betreffende Schenkel zwischen den Biegewangen im Reibschluss geklemmt wird. So eignet sich das Verfahren insbesondere für das Biegen von Winkelprofilen, beispielsweise L-, T-, U- oder Doppel-T-Profilen, wobei vorzugsweise ein langer Schenkel des Profils geklemmt und erfindungsgemäß in der Ebene des betreffenden Schenkels durch Biegen umgeformt wird. Die Erfindung ist zwar besonders vorteilhaft für die Umformung ebener Bleche und offener Blechprofile mit wenigstens einem ebenen Schenkel, sie ist hierauf jedoch nicht beschränkt, sondern beispielsweise auch für rund gewölbte, vorzugsweise flache Bleche oder Profile mit entsprechenden Profilschenkeln geeignet.

In bevorzugten Ausführungen bleibt von dem Werkstück bei dem Biegen oder im Falle eines bevorzugt inkrementellen Biegens bei jedem Biegeschritt ein Teilabschnitt des Biegeabschnitts frei von Klemmkräften. Das Werkstück weist bei dem Biegen oder jedem Biegeschritt jeweils einen in dem Halteeingriff mit der Halteeinrichtung befindlichen Halteabschnitt, im Biegeabschnitt einen zwischen den Biegewangen geklemmten Teilabschnitt und zwischen diesem Teilabschnitt und dem Halteabschnitt den frei bleibenden Teilabschnitt auf, der dem Biegeabschnitt zugerechnet wird. Die durch die Bewegung der Biegewangen in die zweite Biegewangenposition bewirkte Biegeumformung findet zumindest zu einem überwiegenden Teil in dem freien Teilabschnitt statt. Theoretisch ist zwar denkbar, dass der freie Teilabschnitt bei der Biegeumformung den gesamten Umformbereich des Werkstücks ausmacht. Das Werkstück wird jedoch bei Biegeumformungen, bei denen es im Umformbereich Zugspannungen unterliegt, im Zugspannungsbereich gedehnt und dadurch ausgedünnt, so dass im ausgedünnten Bereich der Reibschluss schwächer wird und sich dementsprechend die Klernmkraft verringert. Bei Biegeumformungen, bei denen es im Umformbereich Druckspannungen unterliegt, wird es im Druckspannungsbereich gestaucht und dadurch aufgedickt, so dass im aufgedickten Bereich der Reibschluss verstärkt wird und sich dementsprechend die Klemmlcraft vergrößert. Das Werkstück kann bei der Biegeumformung auch an seiner Bogen- außenseite auf Zug und zur gleichen Zeit an seiner Bogeninnenseite auf Druck beansprucht werden, falls nämlich eine neutrale Faser innerhalb des Werkstücks verläuft. Das Werkstück kann aufgrund der im Biegebereich auftretenden Spannungsunterschiede auch im Klemmbereich der Biegewangen und bei reibschlüssigem Halteeingriff auch im Klemmbereich der Halteeinrichtung gestreckt oder gestaucht werden. Der Ausdehnung des Umformbereichs in den Klemmbereich kann beispielsweise durch eine Erhöhung der Klemmlcraft im jeweiligen Klemmbereich oder durch eine erhöhte Nachgiebigkeit der Klemmflächen der Biegewangen oder der Halteeinrichtung begegnet werden. Das Wort "oder" wird hier wie auch überall sonst im üblichen logischen Sinne verstanden, umfasst also sowohl die Bedeutung von "entweder ... oder" als auch die Bedeutung von "und", soweit sich aus dem jeweiligen Zusammenhang nichts anderes nur ergeben kann.

Die Biegewangen werden bei der Biegeumformung aus der ersten Biegewangenposition rotatorisch, beispielsweise nur gedreht oder längs einer Kurvenbahn in die zweite Biegeposition bewegt. Die Kurvenbahn kann grundsätzlich einen beliebig gekrümmten Verlauf aufweisen, vorzugsweise ist die Kurvenbahn ein Kreisbogen. Die Kurvenbahn kann beispielsweise mit-

tels eines Kurvengetriebes, d. h. im Eingriff einer Führungsbahn und eines die Führungsbahn abfahrenden Eingriffsglieds vorgegeben werden, bevorzugt sind die Biegewangen jedoch drehbar oder schwenkbar angeordnet, also um eine reale und nicht nur virtuelle Rotationsachse rotatorisch bewegbar, zweckmäßigerweise mit einem einzigen Freiheitsgrad der Rotationsbewegung. Die Rotationsachse, um die der Biegeabschnitt des Werkstücks umgeformt wird, ist vorzugsweise eine ortsfeste Werkzeugachse, kann grundsätzlich jedoch auch im Verlaufe der Biegeumformung dem Ort nach verändert werden.

Das erfindungsgemäße Biegeverfahren ist der Klasse der Schwenkbiegeverfahren zuzuordnen, allerdings mit gegenüber den konventionellen Schwenkbiegeverfahren modifizierten Verhältnissen hinsichtlich der Ausrichtung der im Reibschluss wirkenden Reibkraft und der sich daraus ergebenden Klernmkraft einerseits und der Orientierung der Kurvenbahn der Biegewangen, in bevorzugt einfachen Ausführungen der Ausrichtung der Rotationsachse, andererseits.

Das Werkstück ist vorzugsweise ein Blech und kann insbesondere ein Stahlblech oder auch ein Blech einer anderen Metalllegierung, beispielsweise ein Leichtmetallblech sein. Es weist eine Dicke von vorzugsweise höchstens 5 mm und vorzugsweise wenigstens 0.5 mm auf, wobei die Dicke in Anpassung an die bei der Biegeumformung auftretenden Zug- oder Druckkräfte über die Breite des Werkstücks variieren kann. Die quer zur Dicke und den bei der Biegeumformung auftretenden Zug- oder Druckkräften gemessene Breite beträgt vorzugsweise nicht mehr als 20 cm, ist grundsätzlich jedoch nicht limitiert. Breiten zwischen 5 und 15 cm werden besonders bevorzugt. Die Länge des umzuformenden Werkstücks ist beliebig, solange ein Halten durch die Halteeinrichtung und ein Klemmen durch die Biegewangen gewährleistet ist.

Die Halteeinrichtung hält das Werkstück in einem Halteabschnitt mit ausreichender Haltekraft, damit die Umforrnkräfte im Werkstück in Abhängigkeit vom Ort der Rotationsachse als Zugkräfte oder Druckkräfte wirken, das Werkstück also gestreckt oder gestaucht wird. Falls die Drehachse sich durch das Werkstück erstreckt, unterliegt das Werkstück bei der Biegeumformung über seine Breite gesehen auf der einen Seite der neutralen Faser einer Zugbeanspruchung und auf der anderen Seite einer Drackbeanspruchung. Die Halteeinrichtung hält den Halteabschnitt des Werkstücks vorzugsweise ausschließlich reibschlüssig durch Spannen.

Obgleich weniger bevorzugt, ist grundsätzlich jedoch auch denkbar, dass die Halteeinrichtung den Halteabschnitt formschlüssig oder sowohl form- als auch reibschlüssig hält, um die bei der Biegeumformung auftretenden Zug- oder Druckkräfte aufzunehmen. Die Halteeinrichtung kann vorteilhafterweise zusätzlich eine Seitenführung für das Werkstück bilden.

Das erfindungsgemäße Biegeverfahren eignet sich insbesondere zum inkrementellen Biegen von Werkstücken, bei dem das Werkstück schrittweise gebogen wird, um es nach Ausführung eines ersten Biegeschritts in wenigstens einem weiteren Biegeschritt, vorzugsweise in mehreren weiteren kleinen Biegeschritten, weiter zu biegen. Der durch die Biegeumformung geschaffene Bogen setzt sich somit aus mehreren Bogeninkrementen zusammen, die nacheinander erzeugt werden. Nach Ausführung einer ersten Biegeumformung nach dem erfindungs- gemäßen Verfahren werden die zu diesem Zeitpunkt in der zweiten Biegewangenposition befindlichen Biegewangen geöffnet und somit der Reibschluss mit dem Werkstück gelöst. Die Biegewangen können nun in die erste Biegewangenposition zurückbewegt werden. Ferner wird nach Ausführung des Biegeschritts der Halteeingriff der Halteeinrichtung gelöst, vorzugsweise nach dem Lösen des Reibschlusses der Biegewangen und vorzugsweise auch erst, wenn die Biegewangen wieder die erste Biegewangenposition einnehmen. Grundsätzlich können der Reibschluss der Biegewangen und der Halteeingriff der Halteeinrichtung auch gleichzeitig gelöst werden. Nachdem der Halteeingriff gelöst ist, wird das Werkstück relativ zu der Halteeinrichtung in die Richtung, in die der Biegeabschnitt von der Halteeinrichtung vorragt, bis in eine neue Werkstückposition vorwärts bewegt. In der neuen Werkstückposition wird der Halteeingriff wieder hergestellt, und das Werkstück wird in seinem nun weiter von der Halteeinrichtung vorragenden Biegeabschnitt von den Biegewangen erneut im Reibschluss geklemmt. Dann wird der nächste Biegeschritt ausgeführt. Die sukzessive ausgeführten Biegeschritte können untereinander identisch sein. Grundsätzlich ist aber auch denkbar, dass die Biegewangen mit dem geklemmten Biegeabschnitt einen längeren oder einen kürzeren Weg als bei einem zuvor ausgeführten Biegeschritt zurücklegen oder die Rotationsachse der Biegeumformung dem Ort nach verändert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet eine derartige Flexibilität zumindest dem Grunde nach, da auf eine Kante, um die gebogen wird, oder eine andere Art der Anlage, an die das Werkstück bei der Biegeumformung angelegt wird, verzichtet werden kann.

In bevorzugten einfachen Ausführungen ist die Bewegung der Biegewangen wie bereits erwähnt eine einfache Dreh- oder Schwenkbewegung um eine für das Biegewerkzeug ortsfeste Rotationsachse. Der Dreh- oder Schwenkwinkel kann bei jedem Biegeschritt der gleiche sein oder auch verändert werden, beispielsweise in Anpassung an eine in Längsrichtung des Werkstücks variierende Dicke oder Werkstofffestigkeit oder eine variierende Breite, was auch den Fall einer Variation in mehreren dieser Parameter einschließt.

Ein für die Durchführung des Biegeverfahrens geeignetes Biegewerkzeug weist die Halteeinrichtung und die Biegewangen auf, nämlich eine erste Biegewange und wenigstens eine weitere, zweite Biegewange, zwischen denen das Werkstück im Biegeabschnitt mit einer Klemmkraft klemmbar ist. Die Biegewangen sind für die Biegeumformung relativ zu der Halteeinrichtung rotatorisch um die genannte Rotationsachse bewegbar. Die Rotationsachse kann bei einem inkrementellen Biegen zwischen aufeinander folgenden Biegeschritten veränderbar, beispielsweise parallel versetzbar sein, in bevorzugt einfachen Ausführungen ist sie jedoch in Bezug auf das Biegewerkzeug ortsfest. Erfindungsgemäß ist die Rotationsachse zu der von den Biegewangen auf das Werkstück ausgeübten Klemmkraft parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel, wobei als im Wesentlichen parallel auch noch eine Rotationsachse aufge- fasst wird, die zu der Klemmlcraft eine Neigung von höchstens 30° aufweist.

Die Biegewangen weisen einander zugewandte Klemmflächen auf, die zum Klemmen gegen den Biegeabschnitt des Werkstücks gepresst werden, um dieses reibschlüssig zu spannen. Der Klemmeingriff mit dem Werkstück kann rein reibschlüssig sein, kann alternativ aber auch einen Formschluss umfassen. Es kann eine der Biegewangen oder es können beide Biegewangen in ihrer jeweiligen Klemmfläche erhaben aufragende Prägeflächen aufweisen, um im Klemmeingriff das Werkstück zu prägen.

Weist das Werkstück im Querschnitt ein offenes Profil auf mit einem zwischen den Biegewangen zu klemmenden ersten Schenkel und einem zweiten Schenkel, vorzugsweise kürzeren Schenkel, der zu dem ersten Schenkel eine Neigung aufweist, ist es vorteilhaft, wenn der zweite Schenkel bei der Biegeumformung seitlich gestützt wird, um einer änderung der Neigung entgegenzuwirken, vorzugsweise eine änderung gänzlich zu verhindern. Die betreffende Biegewange bildet in derartigen Ausführungen eine Anlagefläche für den zweiten Schenkel. Bei Zugbeanspuchung besteht die Tendenz, dass der zweite Schenkel in Richtung auf den

geldemmten ersten Schenkel gezogen und die Neigung dadurch verringert wird. Eine seitliche Abstützung und in diesem Sinne Führung ist nicht nur für einen bezüglich der Biegeumformung äußeren zweiten Schenkel, sondern auch für einen bei der Biegeumformung am inneren Rand des geklemmten ersten Schenkels verlaufenden zweiten Schenkel vorteilhaft. Zum Biegen beispielsweise eines U- oder Doppel-T-Profils, bei dem zwei oder vier zweite Schenkel längs des mittleren ersten Schenkels verlaufen, ist eine seitliche Abstützung jedes der zweiten Schenkel von Vorteil. Wird ein als Seitenführung dienender Stempel einer Biegewange einteilig ausgeführt, ist die längs der Biegelinie des Werkstücks gemessene Länge des Stempels und dementsprechend die Länge der Seitenführung begrenzt. Um die Seitenführung zu verlängern, ist eine Segmentierung des Stempels von Vorteil, um die seitliche Abstützung im Biegeabschnitts zu verlängern.

Ungeachtet der Frage einer seitlichen Abstützung kann für das Biegen von offenen Profilen mittels einer Segmentierung der Biegewangen die Klemmfläche verlängert und dadurch vergrößert werden. Wie auch im Falle einer nur seitlichen Abstützung sind die einzelnen Segmente miteinander beweglich verbunden, so dass sie gemeinsam eine der Biegekontur des Werkstücks folgende Klemmfläche bilden. Bei einer segmentierten Biegewange können sämtliche Segmente Klemmflächen zum Klemmen des Werkstücks bilden. Bei mehr als zwei Segmenten kann alternativ ein weiteres, drittes Segment an seiner dem Werkstück zugewandten Seite eine Freistellung aufweisen und dementsprechend keine Klemmfläche für das Werkstück bilden, sondern lediglich als seitliche Abstützung dienen. Grundsätzlich gilt dies auch umgekehrt, d. h. eines oder mehrere der Segmente können auch lediglich als Klemmsegmente, aber nicht gleichzeitig als seitliche Abstützung dienen. Bei einer Segmentierung in beispielsweise genau zwei Segmente kann das eine, vorzugsweise das näher bei der Halteeinrichtung angeordnete Segment, als Klemm- und Abstützsegment und das andere Segment nur als Abstützsegment oder nur als Klemmsegment oder bevorzugt ebenfalls als Klemm- und Abstützsegment dienen, indem es eine Klemmfläche zum Werkstück aufweist und während der Biegeumformung in jedem Zeitpunkt bis zu dem zweiten Schenkel des Werkstücks reicht. Entsprechendes gilt für eine Segmentierung in mehr als zwei Segmente hinsichtlich jedes der Segmente, wobei vorzugsweise zumindest das der Halteeinrichtung nächste Segment als Klemmsegment und vorzugsweise auch als Abstützsegment ausgeführt ist.

Eine Antriebseinrichtung, mittels der die rotatorische Bewegung der Biegewangen bewirkt werden kann, ist vorzugsweise Bestandteil des Biegewerkzeugs, indem sie an einer Basis des Werkzeugs abgestützt und mit den Biegewangen gekoppelt ist. Auf diese Weise wird der Kraftfluss für den Antrieb der Biegewangen innerhalb des Biegewerkzeugs geschlossen. Die Basis, an der sich die Antriebseinrichtung abstützt, kann beispielsweise eine Grundplatte des Biegewerkzeugs sein, über die das Werkzeug an einer Presse abgestützt ist. Die Presse stellt vorteilhafterweise eine Zustelleinrichtung zur Verfügung, mittels der die Biegewangen zur Erzeugung der Klemmkraft aufeinander zu bewegbar und gegen den Biegeabschnitt des Werkstücks pressbar sind. Die Presse kann auch das Abstellen besorgen. In einer Modifikation kann das Biegewerkzeug als solches mit einer Abstelleinrichtung ausgestattet sein, so dass eine Zu- und Abstelleinrichtung entweder von der Presse oder von der Presse in Kombination mit dem Biegewerkzeug verwirklicht ist. Die Zu- und Abstelleinrichtung besorgt vorzugsweise auch das Herstellen und Lösen des Halteeingriffs der Halteeinrichtung. Ferner kann eine Vorschubeinrichtung vorgesehen sein, die das Werkstück zwischen den einzelnen Biegeschritten jeweils ein Stück weit vorwärts bewegt, vorzugsweise auf einem Unterteil der Halteeinrichtung aufliegend vorwärts schiebt. Die Vorschubeinrichtung kann ebenfalls noch innerhalb des Biegewerkzeugs oder an einem übergeordneten, das Biegewerkzeug lagernden Gestell, beispielsweise der genannten Presse, abgestützt sein. Schließlich ist in bevorzugten Ausführungen, insbesondere in Ausführungen für inkrementelles Biegen, eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die die Antriebseinrichtung der Biegewangen, die Vorschubeinrichtung und die Zu- und Abstelleinrichtung steuert, so dass die Bewegungsabläufe aufeinander abgestimmt von den betreffenden Einrichtungen ausgeführt werden.

Die Erfindung hat über das Biegeverfahren und das Biegewerkzeug hinaus auch ein Bauteil zum Gegenstand, das durch die erfindungsgemäße Biegeumformung aus dem Werkstück geformt wurde. Das Bauteil kann insbesondere ein offenes Blechprofil, das erfindungsgemäß geformt wurde, sein oder enthalten, falls es sich um ein zusammengebautes Bauteil handelt. Das Bauteil wird bevorzugt als Strukturelement eines Fahrzeugs verwendet, vorzugsweise in einem oder für ein Kraftfahrzeug, Lastkraftwagen ebenso wie Personenkraftwagen. Es kann stattdessen auch ein Strukturelement eines Schienenfahrzeugs oder eines Luft- oder Wasserfahrzeugs bilden, bevorzugt eine Spantstruktur, oder für einen Einbau in solch ein Fahrzeug vorgesehen sein. Es kann insbesondere als Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs vorgesehen oder eingebaut sein, beispielsweise als Längsträger in einer Kraftfahrzeugkarosserie.

Längsträger von Kraftfahrzeugkarosserien sind oftmals nicht nur um eine oder mehrere zur Breitenrichtung des Längsträgers parallele Achse(n) gebogen, sondern können auch einen gebogenen Verlauf mit einem oder mehreren Bogenabschnitt(en) aufweisen, der oder die sich um eine Achse oder mehrere Achsen erstreckt oder erstrecken, die parallel zu der Richtung ist oder sind, in die jeweils die Materialdicke des Strukturelements gemessen wird. Die erfin- dungsgemäße Biegeumformung eignet sich insbesondere zur Formung solcher Bögen.

Weitere bevorzugte Merkmale werden auch in den Unteransprüchen und in den Kombinationen der Unteransprüche beschrieben.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren erläutert. An den Ausführungsbeispielen offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen vorteilhaft weiter. Es zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht auf ein Werkstück, das durch Biegen umgeformt wird,

Figur 2 ein Biegewerkzeug für die Biegeumformung mit dem gespannten Werkstück in einer Seitenansicht,

Figur 3 das Biegewerkzeug mit dem für die Biegeumformung positionierten Werkstück in einer Draufsicht auf ein Unterteil des Biege werkzeugs,

Figur 4 das Biegewerkzeug in einer perspektivischen Sicht,

Figur 5 das Biegewerkzeug in einem Längsschnitt,

Figur 6 eine erste Modifikation des Biegewerkzeugs und

Figur 7 eine zweite Modifikation des Biegewerkzeugs.

Figur 1 zeigt eine Biegeumformung, mittels der ein Werkstück 1 durch Schwenkbiegen in mehreren Biegeschritten um eine Hochachse Z des Werkstücks 1 und somit um eine "hohe Kante" gebogen wird. Das Werkstück 1 kann insbesondere ein Flachblech oder ein offenes Blechprofil, beispielsweise ein U- oder Doppel-T-Profil sein. Zu Vereinfachungszwecken sei angenommen, dass es sich um ein einfach ebenes Blech handelt. Das Werkstück 1 ist ein in X-Richtung langgestreckter Streifen, vorzugsweise gerader Streifen, beliebiger Länge, mit einer demgegenüber geringeren Breite, die rechtwinklig zur Längsrichtung X in Y-Richtung gemessen wird, und einer gegenüber der Breite nochmals deutlich geringeren Dicke, die in

der zu der Längsrichtung X und der Querrichtung Y senkrechten Z-Richtung, parallel zur Hochachse, gemessen wird. Bei der Biegeumformung wird das Werkstück 1 um eine Rotationsachse R gebogen, die zu der Hochachse Z parallel ist. Ein im Werkstück 1 zu formender Bogen wird durch inkrementelles Biegen in einer Sequenz von nacheinander ausgeführten Biegeschritten erzeugt. Das Werkstück 1 wird zwischen den Biegeschritten jeweils um eine inkrementelle Länge 1 in eine Vorschubrichtung V vorwärts bewegt.

Figur 2 zeigt ein Biegewerkzeug in einer Seitenansicht mit dem gespannten Werkstück 1. Das Biegewerkzeug weist eine Grundplatte 6, eine Deckplatte 9 und zwischen den Platten 6 und 9 eine Halteeinrichtung mit einem Unterteil 7 und einem Oberteil 8 und ferner ein Rotationsteil 10, im Ausführungsbeispiel ein Schwenkteil, mit einer ersten Biegewange 11 und einer zweiten Biegewange 12 auf. Das Werkzeug ist in einer Presse angeordnet, von der ein Pressentisch 5 dargestellt ist und die auf die Deckplatte 9 eine in Richtung auf die Grundplatte 6 gerichtete Pressenkraft P ausübt, um das Werkstück 1 sowohl in der Halteeinrichtung 7, 8 als auch im Rotationsteil 10 jeweils in einem Reibschluss zu klemmen. Im Rotationsteil 1 wird durch die Pressenkraft P eine Hemmkraft K erzeugt, mit der die Biegewangen 11 und 12 das Werkstück 1 klemmen. Dieser Klemmeingriff ist rein reibschlüssig oder beruht zumindest zu einem überwiegenden Teil auf Reibschluss. Die im Reibschluss wirkende Reibkraft ist zu der Klernmkraft K orthogonal. Das Rotationsteil 10 ist im gespannten Zustand relativ zu der Grund- und der Deckenplatte 6 und 9 und insbesondere zu der Halteeinrichtung 7, 8 um die Rotationsachse R schwenkbar. Die Rotationsachse R ist in Bezug auf das Werkzeug, insbesondere die Halteeinrichtung 7, 8 ortsfest.

In Figur 1 ist das Rotationsteil 10 in zwei Endpositionen der Biegeumformung dargestellt, nämlich einer ersten Biegewangenposition, die das Rotationsteil 10 vor der Biegeumformung einnimmt, und einer zweiten Biegewangenposition, in der das Rotationsteil mit 10' bezeichnet ist und in die es bei der Biegeumformung bewegt wird. Das Werkstück 1 wird für die Biegeumformung in einem Halteabschnitt 2 mittels der Halteeinrichtung 7, 8 gespannt. Ein Biegeabschnitt des Werkstücks 1 ragt über die Halteeinrichtung 7, 8 hinaus in Richtung auf die in der ersten Biegewangenposition befindlichen Biegewangen 11 und 12 vor und ist zwischen den Biegewangen 11 und 12 im Reibschluss geklemmt. Zwischen den Klemmflächen der Halteeinrichtung 7, 8 und den Klemmflächen des Rotationsteils 10, d. h. zwischen den Klemmflächen der Biegewangen 11 und 12, verbleibt in Längsrichtung X ein freier Spalt der

Länge 1 und dementsprechend ein freier, nicht geklemmter Teilabschnitt 3. Zum Umformen wird das Rotationsteil 10 um einen Schwenkwinkel α von der Halteeinrichtung 7, 8 weg geschwenkt bis in die mit 10' bezeichnete zweite Biegewangenposition. Bei dieser Bewegung wird der freie Teilabschnitt 3 über die gesamte geklemmte Breite des Teilabschnitts 4 der Schwenkbewegung entsprechend auf einem Kreisbogen um die Rotationsachse R gestreckt. Die Rotationsachse R befindet sich innerhalb des Innenradius des geklemmten Teilabschnitts 4, so dass das Werkstück 1 im Umformbereich, den primär der freie Teilabschnitt 3 bildet, über die gesamte Breite nur auf Zug beansprucht wird. Die von der Halteeinrichtung 7, 8 und dem Rotationsteil 10 aufzunehmenden Zugspannungen sind in Figur 1 mit F bezeichnet.

Das Werkstück 1 wird in einer Sequenz von inkrementellen Biegeschritten, die nacheinander ausgeführt werden, sukzessive jeweils ein Stück weiter um die Rotationsachse R gebogen. Nach jeweils einem Biegeschritt, bei dem das Rotationsteil 10 aus der ersten Biegewangenposition in die mit 10' bezeichnete zweite Biegewangenposition bewegt wurde, wird der Klemmeingriff der Biegewangen 11, 12 gelöst, und das Rotationsteil 10 mit den gelösten Biegewangen 11 und 12 wird in die erste Biegewangenposition, die in Figur 1 mit 10 bezeichnet ist, zurückbewegt. Wenn das Rotationsteil 10 wieder die erste Biegewangenposition einnimmt, gegebenenfalls auch früher, jedenfalls aber erst nach Ausführung des vorherigen Biegeschritts, wird der Halteeingriff der Halteeinrichtung 7, 8 gelöst. Nach dem Lösen des Halteeingriffs wird das Werkstück 1 mittels einer Vorschubeinrichtung in die Vorschubrichtung V bis in eine neue Werkstückposition bewegt. Der Vorschub entspricht der Länge 1 des freien Teilabschnitts 3. Die Halteeinrichtung 7, 8 bildet bei dem Vorschub eine Seitenführung für das Werkstück 1. Wenn das Werkstück 1 die neue Werkstückposition einnimmt, wird es mittels der Halteeinrichtung 7, 8 in dem auf dem Unterteil 7 jetzt liegenden Halteabschnitt 2 im Halteeingriff erneut geldemrnt, ferner wird auch der Klemmeingriff der Biegewangen 11 und 12 mit dem Biegeabschnitt 3, 4, nämlich in dem durch die Vorschubbewegung nachgeführten Teilabschnitt 4, hergestellt. Anschließend wird das Rotationsteil 10 wieder aus der ersten Biegewangenposition in die zweite Biegewangenposition 10' geschwenkt. Die Sequenz wird so lange wiederholt, bis im Werkstück 1 der gewünschte Bogen ausgeformt ist.

Mit dem inkrementellen Schwenkbiegen können insbesondere Flachbleche und offene Blechprofile zu Strukturelementen mit einem in der Ebene des Flachblechs oder eines Hauptschenkels des Profils bogenförmigen Verlauf geformt werden, die bislang aus mehreren Teilen ge-

fügt werden mussten. Der Hauptschenkel bildet in dem zu formenden Strukturelement vorzugsweise einen Haupttraggurt. Mit dem Verfahren können flexibel unterschiedliche Radien ausgeformt werden, da die Position der Rotationsachse R in der X,Y-Ebene relativ zu dem Werkstück 1 mit geringem Aufwand versetzt werden kann. So kann die Rotationsachse R wie im Ausfuhrungsbeispiel noch innerhalb des Innenrands des Biegeabschnitts 3, 4 angeordnet werden, so dass im Umformbereich überall nur Zugspannungen auftreten. Die Rotationsachse R kann stattdessen auch durch den Umformbereich verlaufen, so dass im Umformbereich bzw. Biegeabschnitt 3, 4 eine neutrale Faser erhalten wird, außerhalb der beim Umformen primär Zugspannungen und innerhalb der primär Druckspannungen auf das Werkstück 1 wirken. Ln Extremfall kann die Rotationsachse R auch noch weiter nach außen verlagert werden, so dass im Umformbereich primär nur Druckspannungen auftreten und das Werkstück 1 über einen überwiegenden Teil der Breite oder über die gesamte Breite gestaucht wird.

Eine praktisch vernünftige Grenze für den Zugspannungsfall ist die Gleichmaßdehnung, die in der am stärksten auf Zugspannung beanspruchten Faser des Werkstücks 1 vorteilhafterweise nicht überschritten wird. Für den Druckspannungsfall ist Knicken kritisch. Die Biegeumformung wird vorzugsweise so durchgeführt, dass diese Grenzen nicht und im Falle einer inkre- mentellen Biegeumformung in keinem der Biegeschritte erreicht werden. In den meisten Anwendungsfällen wird es günstig sein, wenn die Rotationsachse eine den Schwenkradius repräsentierende Linie in einem Abschnitt schneidet, der sich in Breitenrichtung Y von der Mitte des Werkstücks 1 bis zu dem kurzen inneren Rand des Biegeabschnitts 3, 4 oder, wie in Figur 1, ein ldeines Stück weit nach innen über den kurzen inneren Rand hinaus erstreckt. Die Flexibilität des Verfahrens liegt nicht zuletzt in der Variierbarkeit der Position der Rotationsachse R, also der Variierbarkeit des Orts der Rotationsachse R sowohl in Y-Richtung als auch quer dazu, in X-Richtung, begründet. Eine Veränderung des Orts der Rotationsachse R kann durch Austausch des Rotationsteils 10 mit zu anderen Biegeverfahren vergleichsweise geringem Aufwand realisiert werden. Gegebenenfalls muss die Halteeinrichtung 7, 8 in angepass- ter Weise neu positioniert werden. In den geometrischen Grenzen, die durch die Klemmflächen der Halteeinrichtung 7, 8 und des Rotationsteils 10 vorgegeben sind, kann eine Variation auch durch eine entsprechende Positionierung des Werkstücks 1 relativ zum Biegewerkzeug vorgenommen werden. Falls die Halteeinrichtung 7, 8 wie bevorzugt eine Seitenführung bildet, wird diese entsprechend verstellt. Bildet auch eine der Biegewangen 11 und 12 oder bilden beide Biegewangen 11 und 12 eine Seitenführung oder auf beiden Seiten des Werkstücks

1 jeweils eine Seitenführung, ist es grundsätzlich auch möglich, diese Seitenfuhrung oder Sei- tenführungen in angepasster Weise verstellbar zu gestalten. Weitere Werkzeugparameter, die variiert werden können, sind der Schwenkwinkel α und die Spaltlänge 1.

Figur 3 zeigt das Werkstück 1 auf dem Unterteil 7 der Halteeinrichtung 7, 8 und der ersten Biegewange 11 liegend. Die Schwenkbewegung um die Rotationsachse R ist mit einem Doppelpfeil angedeutet. Die Biegewange 11 weist an ihrer der Halteeinrichtung 7, 8 zugewandten Seite eine Freistellung auf, so dass sie trotz der nur geringen Spaltlänge 1 um einen Schwenkwinkel α von mehreren Winkelgrad, vorzugsweise wenigstens 5° und vorzugsweise höchstens 20°, geschwenkt werden kann. Die Biegewange 12 weist eine solche Freistellung ebenfalls auf. Um Scherspannungen im Umformbereich des Werkstücks 1 so gut als möglich zu vermeiden, ist die Rotationsachse R in dem der Halteeinrichtung 7, 8 zugewandten hinteren Bereich des Rotationsteils 10, im Ausführungsbeispiel exakt auf dem hinteren Rand angeordnet. Bei solch einer Anordnung kann die Rotationsachse R unter Vermeidung von im Umformbereich des Werkstücks 1 auftretenden Scherspannungen zum Werkstück 1 hin bis auf den inneren Rand des Werkstücks 1 gerückt werden.

Figur 4 zeigt das Biegewerkzeug in einer perspektivischen Sicht und einem im Vergleich mit Figur 2 größeren Detaillierungsgrad. Die Deckplatte 9 ist längs mehrerer Führungssäulen 20 gemeinsam mit dem daran angeordneten Oberteil 8 und der ebenfalls daran angeordneten zweiten Biegewange 12 in Richtung auf die Grundplatte 6 hin und her beweglich geführt. Dargestellt ist auch eine Antriebseinrichtung 22, mittels der die Rotationsbewegung des Rotationsteils 10 um die Rotationsachse R bewirkt wird. Die Antriebseimϊchtung 22 ist im Ausführungsbeispiel als fluidische Kolben/Zylinder-Einheit gebildet. Ein Zylinder der Antriebseinrichtung 22 ist gelenkig über ein Gelenkelement 23 an der Grundplatte 6 abgestützt, und der Kolben ist gelenkig über ein Gelenkelement 24 mit dem Rotationsteil 10 verbunden, so dass Ein- und Ausfahrbewegungen der Antriebseinrichtung 22 in die hin- und hergehende Rotationsbewegung des Rotationsteils 10 umgewandelt werden. Vorteilhaft ist, dass die Antriebseinrichtung 22 am Werkzeug, im Ausführungsbeispiel an dessen Grundplatte 6 abgestützt und daher der Kraftfluss innerhalb des Werkzeugs geschlossen ist. Das Gelenkelement 23 ist absolut fest mit der Grandplatte 6 verbunden, während die Verbindung des Gelenkelements 24 mit der Rotationsteil 10 so gestaltet ist, dass die Biegewangen 11 und 12 relativ zu dem Gelenkelement 24 jeweils aufeinander zu- und voneinander abstellbar sind, um den

Klemmeingriff mit dem Biegeabschnitt 3, 4 des Werkstücks 1 herstellen und lösen zu können. Abgesehen von dieser Beweglichkeit sind die Biegewangen 11 und 12 fest mit dem Gelenkelement 24 verbunden.

Figur 5 zeigt das Biegewerkzeug in dem in Figur 4 eingezeichneten Schnitt A-A. Wie auch in Figur 4 eingetragen, umfasst die erste Biegewange 11 eine Pressplatte 1 Ia und eine Unterplatte I Ib. Die Pressplatte I Ia bildet die Klemmfläche der Biegewange 11 und stützt sich über die Unterplatte IIb an einer Gleitplatte 14 ab. Die zweite Biegewange 12 weist ebenfalls eine Pressplatte 12a auf, die die Klemmfläche der Biegewange 12 bildet. Die Pressplatte 12a ist an einer Oberplatte 12b angeordnet, die über Federn 13 an einer weiteren Oberplatte 12c abgestützt ist. Die Oberplatte 12c ist in einem Gleitkontakt mit einer oberen Gleitplatte 15. Die Gleitplatte 14 ist fest mit der Grundplatte 6 und die Gleitplatte 15 ist fest mit der Deckplatte 9 verbunden. Die Zweiteilung der mit der Deckplatte 9 verfahrbaren Biegewange 12 und die Kopplung der beiden Teile mittels der Federn 13 sorgt für eine Vergleichmäßigung der über die Deckplatte 9 eingeleiteten Pressenkraft P und in der Folge auch des Reibschlusses und der Verteilung der Klemmkraft K im Rotationsteil 10 (Figur 2). Die Verhältnisse bei der Halteeinrichtung 7, 8 sind vergleichbar, es entfallen jedoch die Gleitplatten, da das Unterteil 7 fest mit der Grundplatte 6 und das ebenfalls zweigeteilte Oberteil 8 abgesehen von der ebenfalls zwischen den beiden Strukturteilen des Oberteils 8 gegebenen Federbeweglichkeit fest mit der Deckplatte 9 verbunden ist.

Für die Flexibilität des Biegewerkzeugs hinsichtlich der Geometrie des erzeugbaren Bogens ist vorteilhaft, dass die Rotationsbeweglichkeit der Biegewangen 11 und 12 mit Gelenkverbindungen geschaffen wird, die sich höchstens bis zur Klemmfläche der Biegewange 11 oder 12 erstrecken, die von der jeweiligen Gelenkverbindung gelagert wird, die Klemmflächen also nicht von einem Gelenkelement der Gelenkverbindungen durchbrochen werden. Die Biegewange 11 ist mittels eines eigenen Drehgelenks mit Gelenkelementen 16 und 17 mit der Grundplatte 6 und die Biegewange 12 ist mittels eines eigenen Drehgelenks mit Gelenkelementen 18 und 19 mit der Deckplatte 9 um die Rotationsachse R rotatorisch bewegbar verbunden. Bei den Gelenkelementen handelt es sich im Falle der Biegewange 11 um einen an der Grundplatte 6 abgestützten Drehbolzen 16 und eine mit der Biegewange 11 verbundene Drehbuchse 17, und bei den Gelenkelementen 18 und 19 handelt es sich um einen an der Deckplatte 9 abgestützten Drehbolzen 18 und eine mit der Biegewange 12 verbundene Dreh-

buchse 19. Die Pressplatten 1 Ia und 12a erstrecken sich über die jeweilige Gelenkverbindung 16, 17 und 18, 19 hinweg.

Die Figuren 6 und 7 zeigen zwei modifizierte Ausführungsbeispiele für das Rotationsteil 10. Dargestellt ist jeweils eine modifizierte Biege wange 12. Die Modifikation besteht darin, dass die im Ausführungsbeispiel der Figuren 4 und 5 einfach plane Pressplatte 12a durch einen segmentierten Stempel ersetzt wird. Die Segmentierung ist vorteilhaft für die Biegeumformung eines profilierten Werkstücks 1. Das profilierte Werkstück 1 weist einen breiten ersten Schenkel Ia und einen demgegenüber schmaleren zweiten Schenkel Ib auf, der längs des äußeren Randes des Werkstücks 1 von dem ersten Stempel Ia rechtwinklig aufragt. Das Werkstück 1 ist in Figur 8 im Profil dargestellt. Durch die Segmentierung kann eine größere Klemmfläche geschaffen werden. Ferner kann der zweite Schenkel Ib bei der Biegeumformung seitlich nach innen abgestützt und somit eine Verringerung der Neigung aufgrund der bei der Biegeumformung auftretenden Zugspannung verhindert werden.

Figur 6 zeigt schematisch in einer Draufsicht eine zweite Biegewange 12 mit einem aus Schiebesegmenten 25a-25d zusammengesetzten Stempel. Die Schiebesegmente 25a-25d sind miteinander so verbunden, dass sie relativ zueinander der Biegekontur des Biegeabschnitts 4 folgend beweglich sind. Das der Halteeinrichtung 7, 8 nächstliegend angeordnete Stempelsegment 25a ist mit dem Oberteil 12b, 12c der Biegewange 12 fest verbunden. Die weiteren Segmente 25b-d sind über das Segment 25a mit dem Oberteil 12b, 12c schiebebeweglich verbunden. Die Segmente 25a-d sind in Figur 6 schematisch als Rechtecke dargestellt, im realen Werkzeug sind sie jedoch an die Biegekontur im Biegeabschnitt 3, 4 angepasst geformt, so dass eine flächige Anlage und Seitenführung für den zweiten Schenkel Ib erhalten wird. Falls das Werkstück 1 ein U- oder Doppel-T-Profil ist und dementsprechend an seinem inneren Rand einen weiteren zweiten Schenkel aufweist, gilt dies entsprechend auch für die Innenseiten der Segmente 25a-d.

In der Modifikation der Figur 7 weist die zweite Biegewange 12 einen segmentierten Stempel mit Stempelsegmenten 26a-f auf, die jeweils schwenkbeweglich miteinander verbunden sind. Das der Halteeinrichtung 7, 8 nächstbenachbarte Stempelsegment 26a ist wieder fest mit dem Oberteil 12b, 12c der Biegewange 12 verbunden, und die weiteren Stempelsegmente 26b-f sind über das Stempelsegment 26a beweglich mit dem Oberteil 12b, 12c verbunden. Die be-

ID

weglichen Segmente 26 b-f stützen sich über eine Gleitplatte an dem Oberteil der Biegewange 12 ab. Im übrigen gilt das zu den Schiebesegmenten der Figur 6 Gesagte.

Bezugszeichen:

1 Werkstück

Ia langer Schenkel

Ib kurzer Schenkel

2 Halteabschnitt

3 Biegeabschnitt

4 Biegeabschnitt

5 Pressentisch

6 Grundplatte

7 Halteeinrichtung, Unterteil

8 Halteeinrichtung, Oberteil

9 Deckplatte

10 Rotationsteil

11 erste Biegewange

12 zweite Biegewange

12a Pressplatte, Stempel

12b Oberteil

12c Oberteil

13 Feder

14 Gleitplatte

15 Gleitplatte

16 Gelenkelement

17 Gelenkelement

18 Gelenkelement

19 Gelenkelement

20 Führungssäule

21 -

22 Antriebseinrichtung

23 Gelenkelement

24 Gelenkelement

25a-d Segmente

26a-f Segmente

F Zuglcraft

K Klemnikraft

P Pressenkraft

R Rotationsachse

V Vorschubrichtung r _a ' Außenradius

X ₅ Y ₅ Z Werkstückachsen α Schwenkwinkel

Neigung