Verfahren und Vorrichtung zum Biegen von Profilen mit variablem Querschnitt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Biegen von Profilen mit variab lem Querschnitt.

Es ist bekannt, offene als auch geschlossene Profile mit konstantem Querschnitt frei formzu biegen. Mit Hilfe des Walzprofilierens lassen sich aber auch Profile hersteilen, die einen über die Längsachse variablen Querschnitt haben.

Aus der DE 10 2014 116 889 B4 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Profilen mit veränderlicher Höhe und/oder Breite bekannt. Hier sollen mit einem Walzprofilie ren auf Formleisten U- oder Hutprofile mit veränderlicher Höhe hergestellt werden, aber auch andere Profile, zum Beispiel L-Profile oder Z-Profile, bei denen mindestens ein Schenkel nicht überall in ein und derselben Ebene verläuft, sondern irgendwelche Krümmungen auf weist. Die Vorrichtung hierfür sieht vor, eine das gewünschte Profil vorgebende untere Form leiste zum formflächigen Abstützen eines der Schenkel und mindestens eine Walzprofilierrolle zum Walzprofilieren des von der Formleiste abgestützten Halbzeugs zu dem gewünschten Profil vorzusehen, wobei die Vorrichtung außerdem eine obere Formleiste besitzen soll, die dafür eingerichtet ist, einen den Schenkel des gewünschten Profils bildenden Teils des Halb zeugs fest zwischen sich und der unteren Formleiste einzuklemmen, wobei die aneinander zugewandten Oberflächen der beiden Formleisten zueinander komplementär sind und diesel be Form wie der erste Schenkel des gewünschten Profils haben und dass mindestens eine Walzprofilierrolle an einer vertikal verfahrbaren Basis drehbar gelagert ist. Mit dieser Vorrich tung können Profile mit einem über die Längsachse variablen Querschnitt hergestellt werden, wobei die Querschnittsgeometrie gebogen wird. Daraus folgt, dass die so hergestellten Bau teile bezogen auf die Längsachse immer gerade sind.

Aus der EP 2 603 869 bl ist ein Verfahren zur Erzeugung von optimierten, krümmungssteti gen 2D- bzw. 3D-Walzprofilverläufen und eine entsprechende Vorrichtung bekannt. Das Verfahren sieht vor, einen optimierten 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlauf zu erzeugen unter Vorgabe eines gewünschten 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlaufs eines entlang einer Walzmateri alvorschubrichtung sich ändernden Walzprofils und Ansteuerung einer flexiblen Walzprofilier vorrichtung. Bei der flexiblen Walzprofiliervorrichtung lassen sich die Profilierwalzen während eines Walzprofilierprozesses computergesteuert verstellen, wobei das Verfahren zur Erzeu gung des optimierten 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlaufs zudem die Eingabe des gewünschten 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlaufs mittels CAD-Hilfsmitteln umfasst, wobei sich der gewünschte 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlauf aus einer Vielzahl von geraden und/oder gekrümmten Ab schnitten und entsprechenden Übergängen zusammensetzt. Zudem erfolgt eine Berechnung des optimierten 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlaufs aus dem eingegebenen gewünschten 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlauf durch Verrundungsalgorithmen an den Übergängen zwischen den geraden und/oder gekrümmten Abschnitten, um jeweilige Übergangsbögen an den Übergän gen zu bestimmen. Die Verrundungsalgorithmen verrunden den 2D- bzw. 3D- Walzprofilverlauf im Wesentlichen krümmungsstetig an den Übergangsbögen, so dass dem entsprechend der optimierte 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlauf erzeugt wird, wobei Krümmungs sprünge darin im Wesentlichen vermieden werden sollen. Es erfolgt dann die Bestätigung oder Modifikation eines Bereichs des optimierten 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlaufs und eine Abspeicherung des optimierten 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlaufs. Insgesamt sollen die erfor derlichen Beschleunigungskräfte auf den Stellgliedern hierdurch reduziert werden. Hierbei werden unter anderem die Sitzelemente aktiv von Stellgliedern verfahren.

Aus S. Groth und B. Engel, „A method for manufacturing bent profiles with open cross- section by die-push pending" ITA Tube Journal, Seiten 44-49, April 2018, ist eine Torsions kompensation bekannt, wobei als Biegeverfahren dort ein Matrizenschubbiegen verwendet wird und der Profilquerschnitt konstant über die Länge ist. Hierbei ist eine Torsionskompen sation zwischen Führungsmatrize und Biegematrize vorgesehen.

Aus M. Hermes, Neue Verfahren zum Rollen-basierten 3D-Biegen von Profilen, Aachen, Sha ker-Verlag, 2012, ist ein sogenanntes TSS-Biegen bekannt. Mit diesem Verfahren können beliebige Profilquerschnitte 3D-gebogen werden, wobei die Profilquerschnitte zwar beliebig, aber immer konstant über die Profillinie sind und zudem eine Torsionskompensation zwi schen Vorschubeinheit und Biegeeinheit vorgesehen ist, wobei hierbei von Nachteil ist, dass sich die Biege- und Torsionsspannung im gleichen Bereich überlagern und eine Wechselwir kung ergeben.

Aus der DE 10 2008 50 366 B4 ist ein System zum Kaltwalzprofilieren von Profilen mit verän derlichem Querschnitt bekannt, wobei mehrere Varianten einer Rückformeinrichtung be schrieben werden, welche Formabweichungen beim Walzprofilieren korrigieren können. Die Korrektur findet dabei direkt während des Walzprofilierens statt. Hierbei offenbart diese Druckschrift Klemmschuhe/Gleitschuhe, welche aktiv verfahren werden, wobei Halteelemen te für die Klemmschuhe bekannt sind, welche in der Senkrechten Z zur Blechbandebene be weglich sind und entsprechend der Profilkontur gesteuert und bewegt werden.

Aus der US 10 661 323 B2 ist es bekannt, Profile mit unterschiedlicher Höhe mittels einer Rollprofiliereinrichtung zu biegen, wobei eine Mehrzahl von Rollenpaketen, insbesondere vier Rollenpakete angeordnet werden um einen vorgegebenen Biegewinkel zu erzielen. Diese Rollen stehen in einer fixen Beziehung zueinander, wobei es Biege- und Stützrollen gibt, wo bei die Biegerollen Kräfte einleiten und die Stützrollen zur Stabilisierung der Form des Profils nachlaufen. Eine derartige Vorrichtung ist dazu ausgelegt, eine große Zahl gleichartiger Profi le zu verformen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Biegen von unterschiedlichen Profilen mit variablem Querschnitt zu schaffen, welches in kostengünstiger und effektiver Weise zuver lässig und nachvollziehbar Profile mit variablem Querschnitt umformt. Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Es ist eine weitere Aufgabe, eine Vorrichtung zum Biegen von unterschiedlichen Profilen oder unterschiedlichen Biegewinkeln mit variablem Querschnitt zu schaffen, welche ohne uner wünschte Deformation und Torsion Profile mit variablem Querschnitt umformt und zudem Rüstzeiten einspart.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 7 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeich net.

Profile die erfindungsgemäß umgeformt und gebogen werden, sind Profile mit zwei lateralen Kanten bereichen die mit einem ebenen Bereich verbunden sind, der die lateralen Kanten beabstandet.

Als Querschnitt oder Höhe des Profils wird somit das Profil zwischen den lateralen Endberei chen des Profils bezeichnet. Ein solches Profil ist zum Beispiel ein Z-Profil, ein T-Profil oder ein Doppel-T-Profil. Alle mög lichen Profile bei denen im Bereich der lateralen Kanten des ebenen Bereichs eine Profilie rung in Form einer Abbiegung oder dergleichen aus der Ebene des ebenen Bereichs vorhan den ist. Der ebene Bereich wird im Folgendem auch als Profilsteg bezeichnet.

Profilseiten oder Profilstegseiten werden die Bereiche bezeichnet, die zwischen den lateralen Endbereichen die Seitenwandungen des Steges bilden.

Senkrecht zum Profil bedeutet im Sinne der nachfolgenden Offenbarung in Flucht mit dem Profilsteg.

Als Profilschenkel werden nachfolgend auch die aus der Ebene des Steges in lateralen End bereichen im Bereich der lateralen Kanten abgebogenen beziehungsweise umgeformten Teile bezeichnet.

Erfindungsgemäß wird das etablierte 3-Rollenschub-Biegeverfahren weiterentwickelt, wobei die einzelnen Werkzeug Positionen im Prozess an aktuelle Profilquerschnitte angepasst wer den können. Erfindungsgemäß wird somit auf walzprofilierte Profile eingewirkt. Beim Biegen derartiger Walzprofile über deren Flöhe beziehungsweise Querschnitt, insbesondere zum Bei spiel von Z-Profilen ist problematisch, dass grundsätzlich mit einer Torsion während des Bie gens zu rechnen ist, wobei herausgefunden werden konnte, dass mit herkömmlichen Werk zeugkonzepten unerwünschte Deformationen des Querschnitts stattfinden.

Um dies zu vermeiden werden erfindungsgemäß Werkzeugelemente eingesetzt, die das Profil jeweils am lateralen Kantenbereichen, d. h. am Innen- und Außenradius und vorzugsweise beidseitig umschließen. Erfindungsgemäß konnte hiermit die Deformation auf ein Minimum reduziert werden. Erfindungsgemäß sind die Stützelemente senkrecht zum Profil frei beweg lich.

Die Werkzeugelemente sind dabei schwimmend bezogen auf die Profilhöhe beziehungsweise dem Steg gelagert, sodass die unterschiedlichen Profilhöhen frei folgen können, hierbei das Profil aber seitlich und lateral Führen beziehungsweise Einspannen. Insbesondere sind Werk zeugelemente zum Beispiel als Gleitschuh ausgebildet.

Dadurch, dass die jeweiligen Profilschenkel seitlich umschlossen werden, werden die Stütze lemente bei einem Profilvorschub automatisch senkrecht zum Profil mit verschoben. Die Stützelemente an der Umformrolle können außerdem frei um die Drehachse der Umformrolle rotieren. Das hat zur Folge, dass die Stützelemente auch während des Biegeprozesses tan gential zum Profil stehen.

Erfindungsgemäß wird zum Biegen von über der Längsachse variablen Querschnitten ein bestehendes Freiformbiegeverfahren so erweitert, dass die Werkzeugpositionen während des Biegeprozesses an den Profilquerschnitt angepasst sind. Erfindungsgemäß kommen neben den Standardwerkzeugelementen, wie Biegerolle, Umformrolle und Stützrolle, weitere Stüt zelemente zum Einsatz. Diese Stützelemente verhindern eine Deformation des Profilquer schnitts während des Biegeprozesses. Bei einer feststehenden Biegerolle werden während des Biegeprozesses die Positionen der anderen Werkzeuge an den Verlauf der Profilkontur angepasst. Hierbei ist die gesamte Vorrichtung sehr kompakt, wobei die unterschiedlichsten Profile gebogen werden können, ohne dass eine Umrüstung auf einen anderen Rollensatz erfolgen muss. Eine Biegung von unterschiedlichen Profilen oder von unterschiedlichen Bie geradien kann alleine über die Zustellung einer Umformrolle bewerkstelligt werden. Die Ein stellung des Biegewinkels hingegen kann alleine durch den Vorschub bewerkstelligt werden.

Vorteilhafterweise kann nach der Erfindung eine Torsionskompensation vorgesehen sein.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Torsionskompensation nur dann wirklich Sinn macht, wenn sie nach der gesamten Umformung stattfindet. Dementsprechend ist eine ge steuerte Torsionskompensation nach der Umformung vorgesehen, wobei die Torsionskom pensation erfindungsgemäß so ausgebildet ist, dass das Profil nach Art von Gleitschuhen seitlich geführt wird, jedoch der Teil des Gleitschuhes der die höhenveränderliche laterale Kante führt bezüglich auf die Flöhe des Profils beziehungsweise des Steges abgestimmt ist. Grundsätzlich reicht es aber zur Torsionskompensation aus, wenn die Seitenflächen des Pro filsteges geführt werden.

Die Erfindung betrifft somit insbesondere ein Verfahren zum Biegen von Profilen, wobei die Profile einen Profilsteg und an lateralen Enden des Profilstegs abgehende insbesondere abgebogene oder abgekantete Profilschenkel besitzen, wobei das Profil parallel zur und in der Ebene des Profilstegs gebogen oder umgeformt wird, und die Flöhe des Profilsteges über die Länge des Profils variiert, wobei das Profil mit in Bewegungsrichtung aufeinanderfolgen zumindest eine Stützrolle, einer Biegerolle und einer Umformrolle umgeformt wird, wobei die Stützrolle, die Biegerolle und die Umformrolle zumindest an lateralen Kantenbereichen am Profil anliegen, wobei das Profil zumindest in lateralen Endbereichen seitlich geführt wird, wobei durch die Verstellung des Abstandes quer zur Bewegungsrichtung des Profils zwischen der Biegerolle und der Umformrolle der Biegeradius eines Profils einstellbar ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Biegerolle und/oder die Umformrolle je mit ihrer Führungsanordnung verstellbar beweglich gelagert.

In einer vorteilhaften Ausbildung werden laterale Endbereiche des Profils durch eine Füh rungsanordnung zumindest umfassend Gleitelemente seitlich geführt.

Vorteilhafter Weise werden die Gleitelemente derart verschiebbar an der jeweiligen Rollena nordnung angeordnet, dass sie schwimmend gelagert sind, und dem Flöhenverlauf des sich durch die Rollenanordnung bewegenden Profils lateral frei folgen können. FHiermit wird einer seits eine zuverlässige seitliche Führung sicher gestellt und damit ein ungewolltes Auswei chen zur Seite, andererseits kann ein derartiger Bestandteil einer Führungsanordnung dem Profil folgen ohne aktiv bewegt werden zu müssen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform führen die Gleitelemente den Profilsteg seitlich und zumindest ein Gleitelement einen Profil Schenkel. FHierbei ist von Vorteil, dass das Profil im Bereich der lateralen Kanten allseitig geführt wird und noch besser Verformungen, auch der Profilschenkel entgegengewirkt werden kann.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden bei einer feststehenden Biegerolle während des Biegeprozesses die Positionen der anderen Werkzeuge an den Verlauf der Pro filkontur angepasst werden oder bei feststehender Stützrolle während des Biegeprozesses die Positionen der anderen Werkzeuge an den Verlauf der Profilkontur angepasst, so dass die unterschiedlichsten Profile gebogen werden können, ohne dass eine Umrüstung auf einen anderen Rollensatz erfolgen muss, wobei eine Biegung von unterschiedlichen Profilen oder von unterschiedlichen Biegeradien alleine über die Zustellung der Umformrolle bewerkstelligt wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Einstellung von unterschiedlichen Biegewinkel alleine über den Vorschub vorgenommen wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein vom Profilsteg abragender Profil schenkel außenseitig von einer Rolle und innenseitig von einem Gleitelement geführt, so dass das zumindest ein Gleitelement und die korrespondierende Rolle Teil der Führungsanordnung sind. Flierdurch wird gewährleistet, dass das Profil gut an der Führungsanordnung abrollen kann, zudem wird das Profil damit auch außenseitig geführt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird auf die Rollenanord nung in Transportrichtung des Profils folgend eine Torsionskompensationseinrichtung ange- ordnet, in der das Profil zumindest seitlich so geführt und tordiert wird, dass eine durch das Biegen in der Rollenanordnung implementierte Torsion durch eine Gegentorsion kompensiert und das Profil auf Sollmaß gerichtet wird.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Biegen von Profilen, insbe sondere von Profilen, die einen Profilsteg und an lateralen Enden des Profilstegs abgehende, insbesondere abgebogene oder abgekantete Profilschenkel besitzen, wobei die Verformungs oder Biegerichtung parallel zur und in der Ebene des Profilstegs liegt, und die Höhe des Pro filsteges über die Länge des Profils variiert, wobei eine Rollenanordnung in Bewegungsrich tung des Profils aufeinanderfolgen zumindest einer Stützrolle, einer Biegerolle und einer Um formrolle aufweist, wobei die Stützrolle, die Biegerolle und die Umformrolle an lateralen End oder Kantenbereichen am Profil anliegen, und wobei die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass Führungsanordnungen vorhanden sind, welche an lateralen Endbereichen des Profils das Profil seitlich und/oder außenseitig führen wobei die Biegerolle und/oder die Umformrolle jeweils mit ihren Führungsanordnung quer zur Bewegungsrichtung des Profils verstellbar angeordnet ist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Führungsanordnung zumindest ein seitlich am Profilsteg anliegendes Gleitelement.

Mit weiterem Vorteil umfasst die Führungsanordnung beidseitig am Profilsteg anliegende Gleitelemente.

Vorteilhafter Weise besitzt die Führungsanordnung zur Führung lateraler Endbereiche des Profils zudem diametral gegenüberliegend von der Stützrolle, Umformrolle oder Biegerolle zumindest eine Gleitanordnung mit zumindest einem Gleitelement und einer Rolle, wobei die Rolle lateral von außen an dem Profilschenkel angreift, während das zumindest eine Glei telement beidseitig am Profilsteg und/oder lateral von innen an dem Profilschenkel anliegt, wobei die Führungsanordnung zudem Gleitschienen besitzt in denen die Gleitelemente und oder Rollen radial zur und radial von der jeweiligen Stützrolle und/oder Umformrolle und/oder Biegerolle verschieblich schwimmend gelagert sind.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Umformrolle und/oder Stützrolle und/oder Bie gerolle so ausgebildet, dass sie lateral außen an dem Profilschenkel anliegt und zudem so ausgeformt, dass sie einseitig am Profilsteg anliegt während die Gleitschiene der Führungs anordnung zudem ein Gleitelement umfasst, welches auf der diametral anderen Seite am Profilsteg und/oder an dem Profilschenkel anliegt, so dass das Profil im Bereich der Umform rolle und/oder Stützrolle und/oder Biegerolle beidseitig geführt ist. Bei einer wiederum vorteilhaften Ausführungsform ist auf die Rollenanordnung in Transport richtung des Profils folgend eine Torsionskompensationseinrichtung angeordnet, in der das Profil zumindest seitlich so geführt und tordiert wird, dass eine durch das Biegen in der Rol- lenanordnung implementierte Torsion durch eine Gegentorsion kompensiert und das Profil auf Sollmaß gerichtet wird.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen hierbei: Figur 1: beispielhaft ein zu biegendes Profil über die Länge und mit entsprechenden Querschnitten;

Figur 2: den gewünschten Biegeradius für das Profil nach Figur 3; Figur 3: stark schematisiert ein erfindungsgemäßes Biegewerkzeug; Figur 4: eine erfindungsgemäße Umformrolle mit Stützelementen; Figur 5: die erfindungsgemäße Biegerolle;

Figur 6: eine nachgelagerte Torsionskompensation in einer isometrischen Ansicht von vorne;

Figur 7: die Torsionskompensation nach Figur 6 in einer Ansicht von vorne;

Figur 8: die Torsionskompensation nach Figur 7 in einer teilgeschnittenen Ansicht von vorne;

Figur 9: die Torsionskompensation nach Figur 6 in einer seitlichen Schnittansicht;

Figur 10: die erfindungsgemäße Vorrichtung in unterschiedlichen Zustellsituationen der Umformrolle zur Erzeugung unterschiedlicher Biegeradien eines Profils;

Figur 11: die Vorrichtung nach Figur 10 mit Pfeilen zeigend die Zustellbewegung der Umform rolle.

Bei einem herkömmlichen 3-Rollen-Schubbiegen nach dem Stand der Technik, bei dem in einem Freiformbiegeverfahren offene und geschlossene Profile mit relativ großen Biegefakto- ren bearbeitet werden können sind eine Biegerolle, eine Umformrolle und bis zu drei Stütz rollen vorgesehen. Die Verformung wird hierbei durch die Verfahrung der Umformrolle be werkstelligt, welche auf einen lateralen Endbereich des Profils mit einer Kraftrichtung parallel und in Richtung und Ebene des Profilsteges einwirkt.

In Figur 1 erkennt man ein Halbzeug zur Verarbeitung nach dem erfindungsgemäßen Verfah ren vor der Umformung, welches typischerweise ein walzprofiliertes Bauteil bzw. Profil ist und insbesondere ein Bauteil ist, welches mit einem variablen Querschnitt über die Höhe abgebildet ist.

Das Profil besitzt einen Profilsteg 2a und zwei aus der Ebene des Profilstegs abgebogene oder abgekantete Profil schenke! 2b, wobei die Profilschenkel 2b in lateralen Endbereichen 2c des Profilsteges 2d bzw. des Profils 2 abgebogen sind.

Derartige Profile zu Biegen stellt jedoch eine Herausforderung dar. Erfindungsgemäß herge stellte Profile werden insbesondere in der Luft- und Raumfahrttechnik sowie der Fahrzeug technik eingesetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es zuverlässig solche Profile herzustellen. Von Vorteil ist dabei, dass solche Profile hierdurch einstückig hergestellt werden können. Hierdurch werden Fügestellen vermieden, die einerseits immer Schwachpunkte dar stellen und zudem der Aufwand aber auch das Gewicht weiter verringert. Durch den erfin dungsgemäßen Aufbau der Vorrichtung ist es möglich, eine Vielzahl unterschiedlicher Profile zu biegen, ohne den Rollensatz tauschen zu müssen, dass insbesondere die verstellbare An ordnung der Umformrolle es erlaubt unterschiedliche Profile und/oder unterschiedliche Radi en zu erzeugen.

In Figur 2 ist das Profil 2 nach Figur 1 im erfindungsgemäß umgeformten Zustand gezeigt, wobei der Biegeradius, in diesem Fall der Außenradius, konstant ist, während der Innenradi us entsprechend der unterschiedlichen Bauteilhöhe unterschiedlich ausfällt. Bei einem sol chen typischen Halbzeug handelt es sich um variabel gewalzte Profile aus Aluminium. Die Profile haben beispielsweise einen über die Längsachse variablen Z-Querschnitt mit einem Profilsteg und an lateralen Enden abgehenden Profilschenkeln mit unterschiedlichen Pro fil Steg breiten (Figur 3). In den Bereichen A-B sowie E-F hat das Profil beispielsweise eine Profilstegbreite von 85 mm. Der Bereich C-D hat beispielsweise eine Profilstegbreite von 60 mm, wobei es sich bei den Abschnitten B-C sowie D-E gemäß Figur 3 um kontinuierliche Übergangsbereiche handelt.

Im vorliegenden Beispiel sieht man, dass der obere Profilschenkel 2b aus einer einfachen 90°-Biegung besteht, wohingegen ein unterer Profilschenkel 2b aus zwei aufeinanderfolgen- den 90°-Biegungen besteht. Der einfach gebogene Profilschenkel 2b läuft dabei über die gesamte Länge des Profils gerade, während der doppelt gebogene Profilschenkel 2b des Z- Profils 2 einen über die Längsachse variablen Verlauf hat.

Die eingesetzten Halbzeuge haben beispielsweise eine Materialdicke von 1,4 mm und eine Ausgangslänge von 3,7 m. Da das verwendete Z-Profil nicht ideal spiegelsymmetrisch bezüg lich der Biegeachse ist, müsste während dem Biegeprozess mit einem Auslenken aus der Biegeebene gerechnet werden, sofern mit Verfahren nach dem Stand der Technik gearbeitet wird. Zudem wird die zum Biegen erforderliche Querkraft aufgrund der Querschnittsgeomet rie des Profils nicht im Schubmittelpunkt eingeleitet, was zwangsläufig zu einer Torsion des Querschnitts führt.

Als Werkstoff wird beispielsweise eine Aluminiumlegierung EN AW-7075 verwendet, welche typischerweise für höchst beanspruchte Teile im Flugzeug und Maschinenbau benutzt wird. Bei solchen Aluminiumprofilen ist ein zusätzliches Problem das Rückfederungsverhalten.

Bei einem gegebenen Biegeradius (Figur 2) der beispielsweise außen 1577 mm beträgt, ergibt sich ein wechselnder Radius am Innenbogen entsprechend dem Profilquerschnitt.

Erfindungsgemäß werden, um Profile 2 mit einem über der Längsachse variablen Querschnitt (d.h. einer veränderlichen Profil Steg höhe zwischen den Profilschenkeln) zu biegen, die Werk zeugpositionen während des Biegeprozesses an den Profilquerschnitt angepasst. Neben den an sich bekannten Werkzeugelementen, wie Biegerolle, Umformrolle und Stützrolle, kommen jedoch noch weitere Stützelemente in Form von Führungsanordnungen erfindungsgemäß zum Einsatz.

Die Führungsanordnungen mit den zusätzlichen Stützelementen verhindern eine Deformation des Profilquerschnitts während des Biegeprozesses.

In Figur 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gezeigt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 dient zum Bearbeiten eines Profilstrangs 2 mit verän derlichem Querschnitt, wobei die Vorrichtung über eine Rollenanordnung mit zumindest einer Stützrolle 3, einer Biegerolle 4 und einer Umformrolle 5 verfügt.

Im gezeigten Beispiel sind zwei Stützrollen 3 vorgesehen, die gemeinsam in einer Stützrol lenhalterung 6 angeordnet sind. Die Umformrolle 5 ist ebenfalls in einer Halterung 7 ange ordnet. Erfindungsgemäß wirken sowohl die zumindest eine Stützrolle 3, die Biegerolle 4 als auch die Umformrolle 5 auf den Profilstrang ein, bzw. nehmen Prozesskräfte auf.

Erfindungsgemäß verfügen die Stützrollen 3, die Biegerolle 4 als auch die Umformrolle 5 über je eine zusätzliche Führungsanordnung 8, um das Profil 2 während der Umformung zu stützen und zu führen.

Die Umformrolle 5 und/oder Stützrolle 3 und/oder Biegerolle 4 sind zum Beispiel so ausgebil det, dass sie lateral außen an dem Profilschenkel 2b anliegen und zudem so ausgeformt, dass sie einseitig am Profilsteg 2a anliegen.

Im Falle der Biegerolle 4 (Figur 5) erkennt man, dass die Biegerolle 4 über dementsprechend eine Oberflächenkontur verfügt, die zumindest teilbereichsweise der Kontur des Profils 2 an einem lateralen Ende entspricht, so dass die Biegerolle 4 von einem äußeren radialen Um fang 11 beispielsweise über einen radial nach innen gerichteten Rücksprung 12 verfügt, der dann in einem Radius geringen Umfang 13 mündet. Hiermit kann, wie in Figur 5 ersichtlich ist, eine teilweise seitliche, aber auch stirnseitige (laterale) Führung des Profils 2 im lateralen Endbereich 2c erzielt werden. Diese Führung wirkt jedoch nur außenseitig.

Um eine innenseitige Führung zu ermöglichen, ist die Führungsanordnung 8 vorgesehen wel che zwei parallel verlaufende Gleitschienen 14 umfasst. Die Gleitschienen 26erstrecken sich von der Drehachse 25 beidseitig von der Biegerolle 4 weg. Sie sind so an der Drehachse 25 angeordnet, dass die die Rolle 4 zwischen ihnen drehen kann. Die Führungsanordnung ist sowohl bei der Biegerolle 4 als auch der Umformrolle 5 jedoch in Transportrichtung des Pro fils 2 über einen Anschlag an der Drehachse 25 so angeordnet, dass sie sich nicht frei um die Drehachse 25 drehen kann und somit in der räumlichen Orientierung festgelegt ist um ein Verkanten zu vermeiden.

An einer der zwei parallel zueinander verlaufenden Gleitschienen 26, ist ein Gleitelement 31 angeordnet, welches zu der Kontur der Biegerolle 4 korrespondiert und somit das Profil 2 mit dem Profilsteg 2a und dem Profilschenkel 2b im Bereich der Biegerolle 4 von innen führt und stützt, so dass das Profil 2 im Bereich der Umformrolle 5 und/oder Stützrolle 3 und/oder Bie gerolle 4 beidseitig geführt ist.

Radial von der Biegerolle 4 beabstandet ist zwischen beiden Gleitschienen 26 eine Gleitan ordnung 27 angeordnet. Die Gleitanordnung 27 verfügt über jeweils eine Nut 17, mit der das Gleitelement 17 auf je einer Feder 17a der Gleitschienen 26 frei verschieblich ist. Zudem verfügt die Gleitanordnung 27 über ein Gleitelement 29, welches in gleicher Weise wie das Gleitelementelement 31 sowohl auf die Seitenfläche des Profilsteges 2a als auch auf eine innenseitige Fläche des Profilschenkels 2b einwirkt. An der Außenseite des Profilschenkels 2b ist als Gegenlager bzw. Führung an der Gleitanordnung 27 eine Rolle 30 vorgesehen, so dass das Profil 2 einerseits auf der Biegerolle 4 als auch auf der über die Gleitanordnung 27 frei verschieblichen Rolle 30 abrollen kann. Durch die freie Verschiebbarkeit der Gleitanordnung 27 auf den Gleitschienen 26 wird das Profil 2 über die Stützelemente 31, 29 und die Rolle 30 ohne Verformungskräfte auszuüben, seitlich geführt, wobei die Rolle 30 und das Gleitele ment 29 aufgrund der freien Verschiebbarkeit lediglich dem Profilverlauf nachlaufen.

Ein vergleichbarer Aufbau ergibt sich für die Umformrolle 5 (Fig. 5). An der Umformrolle 5 bzw. einer die Umformrolle 5 führenden Achse 25 sind ebenfalls zwei Gleitschienen 14 ange ordnet, auf denen eine Gleitanordnung 16 mit entsprechenden Nuten 17 mit korrespondie renden Federn in den Gleitschienen 14 frei beweglich ist. An einer Backe 28 der Gleitanord nung 16 ist ein Gleitelement 18 angeordnet, welches von der Innenseite her sowohl am Pro filsteg 2a als auch am Profilschenkel 2b angreift. Außenseitig wird das Profil auch hier mit einer Rolle 20 geführt. An einer Gleitschiene 14 ist zudem ein weiteres Gleitelement 15 an geordnet, welches in bereits beschriebener Weise mit der Umformrolle 5 in korrespondieren der Weise interagiert und korrespondierend geformt ist, wie das Stützelement 31 mit der Biegerolle 4. Somit wird beim Umformvorgang das Profil stirnseitig und längsseitig bis auf einen Mittenbereich beidseitig durch die Gleitschienen und Stützelemente einerseits und die Stützelemente und die Rollen 5, 4 andererseits geführt, so dass ein seitliches Ausweichen und Verformen unterbunden wird.

Um eine durch die Verformung implementierte Torsion rückzuführen ist erfindungsgemäß auf die Rollenanordnung in Transportrichtung des Profils folgend eine Torsionskompensations einrichtung 40 angeordnet (Figuren 6 bis 11).

In der Torsionskompensationseinrichtung 40 wird das Profil 2 zumindest seitlich, also im Be reich des Profilsteges 2a so geführt und tordiert, dass eine durch das Biegen in der Rollena nordnung implementierte Torsion durch eine Gegentorsion kompensiert und das Profil auf Sollmaß gerichtet wird.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Torsionskompensation besonders einfach und mit verringertem maschinellen Aufwand möglich ist, wenn sie nach der gesamten Umfor mung stattfindet. Dementsprechend ist eine gesteuerte Torsionskompensation nach der Um formung vorgesehen. Die erfindungsgemäße Torsionskompensationseinrichtung 40 besitzt eine ringförmige Grund platte 41, welche über zwei gleichsinnige axiale Halterungen 42 an der Vorrichtung 1 bzw. einer entsprechenden Anlage zum Rollbiegen angeordnet werden kann.

Die Tragplatte 41 ist ringförmig ausgebildet und besitzt somit einen Ringkörper, der eine Ringöffnung umschließt, wobei die Ringöffnung den Durchtritt eines Profils 2 dient. An der Tragplatte 41, welche rotierbar um ihre Achse ausgebildet ist, ist ein Torsionskompensati onsmaul angeordnet, wobei das Torsionskompensationsmaul selbst über eine Tragplatte 43 verfügt, von der an den Enden beidseitig des Durchtritts 44 Längsträger 45 abgehen.

Zwischen den Längsträgern 45 sind ein oberes Führungswerkzeug 46 und ein unteres Füh rungswerkzeug 47 angeordnet, wobei das obere Führungswerkzeug 46 und das untere Füh rungswerkzeug 47 zwischen sich einen Durchtrittsschlitz 48 definieren, durch den das Z-Profil durchtreten kann.

In der Durchtrittsöffnung 48 besitzen das obere Führungswerkzeug 46 und das untere Füh rungswerkzeug 47 jeweils ein Gleitelement 49, 50, wobei das Gleitelement 49 am oberen Führungswerkzeug 46 und das Gleitelement 50 am unteren Führungswerkzeug 47 angeord net ist.

Das Gleitelement 49 ist vorzugsweise starr angeordnet und kann das Profil 2 im Bereich des Profilsteges 2a und im Bereich eines Profilschenkels 2b führen, wobei das Gleitelement 49 zur Führung des sich bezüglich der Höhe des Profils nicht ändernden Profilschenkels 2 aus gebildet ist und daher bezogen auf die Profilhöhe starr ausgebildet ist.

Um der wechselnden Profilhöhe im Bereich des gegenüber liegenden Profilschenkels 2b fol gen zu können, ist das Gleitelement 50 bezogen auf die Profilhöhe federnd gelagert derart, dass es der Höhe des Profils folgen kann, indem es immer am Profilschenkel 2b anliegt. Hier zu ist im Körper des Gleitelements 50 eine Bohrung 51 zur Aufnahme einer Feder 52 vorge sehen. In Figur 8 erkennt man die Auslenkung des Gleitelements 50 entsprechend der Höhe des Profils 2. Die Gleitelement 49, 50 führen hierbei das Profil 2 vorzugsweise vollständig über die gesamt Höhe des Profilsteges 2a, so dass eine zuverlässige Führung derart gewähr leistet ist, dass bei einer Verdrehung der Torsionskompensationseinrichtung 40 mittels der Grundplatte 41 sichergestellt ist, dass das Profil kraftschlüssig und ggf. formschlüssig ent sprechend tordiert wird.

In Figur 10 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt, wobei dargestellt ist, dass alleine durch das Anstellen die Umformrolle 5 ein unterschiedlicher Biegeradius erzielbar ist. Im Stand der Technik muss hierzu der gesamte Rollensatz komplett neu positioniert oder sogar ausgetauscht werden. Bei der Erfindung hingegen sind zwei möglichen Varianten möglich, da aufgrund maschinentechnischer Gegebenheiten die Biegerolle oder Stützrolle feststehend ausgeführt sein können. Bei einer feststehenden Biegerolle 4 während des Biegeprozesses werden die Positionen der anderen Werkzeuge an den Verlauf der Profilkontur angepasst.

Bei der feststehender Stützrolle 3 während des Biegeprozesses werden die Positionen der jeweils anderen Werkzeuge an den Verlauf der Profilkontur angepasst, so dass die unter schiedlichsten Profile gebogen werden können, ohne dass eine Umrüstung auf einen anderen Rollensatz erfolgen muss, wobei eine Biegung von unterschiedlichen Profilen oder von unter schiedlichen Biegeradien alleine über die Zustellung der Umformrolle 5 bewerkstelligt wird.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird eine vergleichsweise kleine Umformzone ge schaffen, welche einerseits kostengünstig ist und zum anderen auch sehr kleine Biegeradien erlaubt. Theoretisch wäre ein 360° Kreisprofil, d.h. ein Biegewinkel von 360° erzielbar, wobei jedoch hierfür die Vorrichtung im Wege wäre, es sei denn es erfolgt auch eine seitliche Ver formung dahingehend, dass die Biegung zur Seite eine Kollision des gebogenen Profil mit dem Rollensatz verhindert.

Gezeigt ist die Anstellung der Umformrolle 5 als Abstand x zwischen der Wellenachse der Biegerolle 4 und in diesem Fall einer Grundplatte der Aufhängung der Umformrolle 5. Man erkennt, dass bei einer Verkleinerung des Abstandes x auch der Radius der Profils verkleinert wird, wobei eine Verkleinerung des Abstandes bedeutet, dass die Biegerolle 4 im Zusam menwirken mit der Umformrolle 5 einen umformenden Druck auf das Profil ausübt.

Die Anstellung der Umformrolle 5 kann hierbei mechanisch manuell (z.B. Stellschrauben), mittels Stellmotoren, die beispielsweise über einen mechanisch stabilen Spindeltrieb auf die Umformrolle bzw. Ihre Halterung einwirken oder hydraulisch erfolgen, wobei die Anstellung entsprechend des gewünschten Radius üblicherweise weggesteuert beeinflusst wird.

Die Anlenkung bzw. gewinkelte Ausrichtung der Anordnung der Umformrolle 5 der Biegung des Profils entsprechend verläuft, ebenso wie die sich hieran anschließende Torsionskom pensationseinrichtung 40.

In Figur 11 ist mit Pfeilen die unterschiedliche Auslenkung der Umformrolle 5 gezeigt.

In Figur 10 und 11 sind jeweils Biegewinkel von 180° dargestellt, dieser kann durch die An passung des Vorschubs jedoch auch angepasst werden. Erhöht werden kann der Biegewinkel durch eine Erhöhung des Vorschubs bzw. bewirkt eine Verringerung des Vorschubs einen kleineren Biegewinkel. Wie zuvor erwähnt wäre auch 360° Biegewinkel machbar, aber hier bei können bauliche Gegebenheiten limitierend wirken.