WO2015144103A1 - Verfahren und vorrichtung zur inkrementellen herstellung von gebogenen drähten, rohren, profilen oder dgl. aus stangenförmigen metallischen materialien - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur inkrementellen herstellung von gebogenen drähten, rohren, profilen oder dgl. aus stangenförmigen metallischen materialien Download PDF

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Daniel STAUPENDAHL
Matthias Hermes
Erman A. Tekkaya
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Technische Universitaet Dortmund
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F1/00—Bending wire other than coiling; Straightening wire
    • B21F1/008—Bending wire other than coiling; Straightening wire in 3D with means to rotate the wire about its axis

Definitions

  • the invention relates to a method for producing curved wires, tubes, profiles or the like. From rod-shaped metallic materials according to the preamble of claim 1 and a corresponding device according to the preamble of claim 20.
  • form-bound methods are characterized by a very good accuracy compared to the purely kinematic method.
  • This group also includes die bending with a top and bottom die, which is also a good process for the dimensionally accurate bending of elongated components such as profiles and wires.
  • the invention is based on a method for the production of bent wires, tubes, profiles or the like of rod-shaped metallic materials. Such a generic method is further developed in that the rod-shaped material is moved into a guide device, wherein the guide means relative to a bending mold preferably three-dimensionally movably arranged and adjustable, and the moving rod-shaped material after passing through the guide means between the relative to the bending mold moving guide means and matingly shaped portions of the bending mold is progressively bent or deformed progressively along a bending line such that the rod-shaped material in its bent configuration gradually at least partially adapts to the bending mold and / or transforms it into the required workpiece geometry ,
  • the basic idea of the invention is, by a respective local deformation of the rod-shaped material between on the one hand the bending mold or appropriately shaped portions of the bending mold and moving relative to the bending mold guide means and due to the ongoing movement of the rod-shaped material gradually an incremental deformation of the rod-shaped material to produce the desired component geometry of the component to be produced
  • the continuously moving rod-shaped material emerging from the guide means due to the relative movement between the guide means and mating shaped portions of the bending mold and the own movement is placed on mating shaped portions of the bending mold and thereby forming in this local cross section of the rod-shaped material Tension condition bent or reshaped.
  • the movement of the rod-shaped material can in this case by holding the one end of the rod-shaped material in the Bending form can be realized, wherein the rod-shaped material is pulled through in a relative movement of the guide means and the bending mold by the guide means.
  • the rod-shaped material can be pushed by a positioned in front of the guide device feed device by the guide device.
  • the bending form in the present invention for supporting the rod-shaped material during flexure and optionally after flexural deformation serves to stabilize and calibrate the deformed rod-shaped material, whereas the actual flexural deformation is primarily due to the force effects and consequent stress conditions in the local portion of the reshaped material rod-like material is generated due to the cooperation of movement of the rod-shaped material and the relative movement between guide means and mating shaped portions of the bending mold.
  • the deformation of the bar-shaped material is much freer and more flexible than with the conventional formed bending processes, and at the same time the complexity of the movement during the bending process is lower than in the conventional kinematic bending processes, so that even very complex workpiece geometries are easily produced by the method according to the invention can be.
  • the inventive method is particularly suitable for the production of small quantities of bent components of rod-shaped metallic materials.
  • the originally preferably straight rod-shaped material is each locally deformed when hitting portions of the bending mold and due to the locally adjusting stress state in this small portion of the rod-shaped material as desired, being characterized by the current feed of the rod-shaped material and the relative movement between Bending form and guide means nach speakde sections of the rod-shaped material also locally transform and in sum gradually from the originally straight rod-shaped material, the desired three-dimensional geometry of the component to be produced is formed.
  • a deformation produced in this way is stabilized and possibly calibrated by the geometry of the bending form, so that a highly accurate geometry of the component produced in this way can be achieved after the complete transformation of the respective section of the rod-shaped material.
  • the rod-shaped material is conveyed into the guide device via a feed device, which is preferably arranged in front of the guide device, whereby an active conveying of the rod-shaped material can be achieved.
  • a feed device which is preferably arranged in front of the guide device, whereby an active conveying of the rod-shaped material can be achieved.
  • compressive stresses are exerted on the rod-shaped material, which can cause an improvement of the deformation of the rod-shaped material in the forming zone.
  • the deformation can be influenced as desired.
  • the deformation of the rod-shaped material by a superposition of tensile stresses or compressive stresses due to the advancement of the rod-shaped material and bending stresses due to the local interaction between rod-shaped material and at least individual sections of the bending mold.
  • This locally prevailing state of stress can be influenced within wide limits by the regulation of the advancing movement of the rod-shaped material and the relative movement between the bending form and the guide device, and in the sense of a dimensionally accurate production of the material. desired component can be optimized. Due to the local stress state, it can also be achieved that the deformed rod-shaped material fits precisely into the bending mold and thus the deformation takes place very uniformly by adapting to the analogous shape and dimension memory of the bending mold.
  • the bending form, matching the cross-sectional shape of the rod-shaped material to be bent has a groove-like or groove-like depression which corresponds in its geometry to the workpiece geometry to be produced.
  • the cross section of the deformed rod-shaped material can insert well and thus be prevented that due to spring-back or local evasive movements dimensional and dimensional inaccuracies occur.
  • the groove-like or groove-like depression can likewise be formed in three dimensions in accordance with the three-dimensional workpiece geometry to be produced.
  • the groove-like or groove-like depression is dimensionally matched to the cross section of the deformed rod-shaped material such that the groove-like or groove-like recess receives and supports the deformed rod-shaped material. It is conceivable that the groove-like depression is formed in sections or continuously as a machined, preferably milled groove, which can also be produced on the same machine, preferably in the same clamping on which the bending deformation of the rod-shaped material takes place. This eliminates Umspannvortician and thus the source of inaccuracies.
  • the bending mold and / or the groove-like depression is formed in sections or completely from discrete support points forming, mutually adjustable arranged individual elements which interact with the rod-shaped material to be formed.
  • the groove-like depression can be resolved into discrete points or sections which, as in the case of a nail board, provide individual support points for the deformation of the rod-shaped material with which the rod-shaped material can interact locally. If these individual support points are arranged to be linearly adjustable with respect to one another, then with only one single bending form configured in this way, speaking adjusting the position of the support points are each provided a variety of bending forms.
  • the bending mold is formed from at least one appropriately to the movement of the guide means moving, point or area acting counter-holder, which interacts locally with each of the rod-shaped material to be formed.
  • a point- or planar-like counter-holder can be approximately in the form of a roll, a stamp or the like. Formed and move relative to the guide means, so that the counter-holder acts locally in the region of the deformation as a bending mold, after completion of the local Forming the deformed rod-shaped material is no longer or only partially supported. In this way, a large number of workpiece geometries can be produced with such an anvil solely on the basis of its relative movement relative to the guide device, without having to produce an adapted bending shape in advance.
  • Umform s the rod-shaped material when guide means and bending form in the bending deformation of the rod-shaped material relative to each other, preferably a relative displacement in up to three spatial directions to each other.
  • guiding means and bending mold can be arranged in a plane, e.g. be arranged movable by means of a coordinate table, wherein a vertical distance adjustment between the guide device and the bending mold can influence the distance between the guide device and the bending mold and thus the exit behavior of the rod-shaped material from the guide device.
  • a further improvement in the generation of the local stress conditions and thus the desired deformation can be achieved if the guide device and the bending mold can be pivoted relative to one another about at least one further pivot axis.
  • further kinematic influencing variables result.
  • the locally reshaped rod-shaped material can impinge on the bending mold at an angle of inclination and thus, for example, the initial application of the rod-shaped material to be formed to the bending mold can be facilitated or at complex deformation sites by the additional pivoting the bending transformation can be improved or facilitated.
  • the rod-shaped material is advanced during the passage of the guide means of the feed device linearly in the direction of the bending mold. This results in simple geometric conditions in the advancing movement of the rod-like material before hitting the bending mold.
  • the rod-shaped material is pre-bent at the beginning of the bending deformation and inserted into the bending mold.
  • the deflection of the rod-shaped material to be formed can thereby be made reproducible and the entire deformation can be standardized.
  • a further improvement of the deformation of the rod-shaped material can be achieved that the rod-shaped material is held at least at the beginning of bending deformation and / or at certain points of the bending form positive and / or non-positive in the bending mold, preferably positively clamped o- the form-fitting in Recordings of the bending mold is inserted.
  • the beginning or certain sections of the rod-shaped material for example, at particularly difficult to transform technical parts of the component geometry to be produced, additionally stabilized and thus increases the dimensional accuracy of the component to be produced.
  • an additional Torsionsbelastung is applied to the reshaped rod-shaped material through which a further Umformungsbelastung, preferably applied in the form of shear stresses on the rod-shaped material between the guide device and bending mold.
  • a further Umformungsbelastung preferably applied in the form of shear stresses on the rod-shaped material between the guide device and bending mold.
  • the material flow of the rod-shaped material can be positively influenced by the additional torsion in the direction of the curvature during the forming process.
  • the shear stresses can be applied to the rod-shaped material, for example, by rotating the rod-shaped material in the feed device.
  • the rod-shaped material is heated prior to the bending deformation for influencing the yield strength of the rod-shaped material in order to facilitate the bending deformation.
  • the heating may e.g. conductively and / or inductively and / or by gas heating and / or by means of laser beam, whereby locally the appropriate amount of heat is introduced into the rod-shaped material shortly before the local deformation of the rod-shaped material.
  • the heating of the rod-shaped material takes place by means of a heating device as a function of the respective section of the rod-shaped material to be reshaped and of the formed workpiece having a different temperature profile.
  • a higher local heating of the rod-shaped material to be formed may make sense, in locally less reshaped sections, on the other hand, a correspondingly lower heating or even no heating is sufficient.
  • the heating of the rod-shaped material may require that the guide means be cooled during the forming of the rod-shaped material.
  • the bent rod-shaped material is cooled and / or tempered after bending in the bending mold.
  • appropriate local Cooling can be prevented on the one hand that still warm and thus possibly too soft formed rod-shaped material is adversely affected by the subsequent local deformation of other sections in shape and position.
  • the material behavior of the formed bar-shaped material can also be specifically influenced in the sense of a tempering or hardening by targeted cooling and thus the component behavior of the formed bar-shaped material, for example for the production of spring properties or the like, can be positively influenced overall. This eliminates the need for subsequent separate compensation or heat treatment processes.
  • the invention further relates to a device for the production of bent wires, tubes, profiles or the like.
  • the device comprises a guide device, wherein the guide means relative to a bending mold is preferably arranged three-dimensionally movable and adjustable and the rod-shaped material is continuously movable in the direction of the bending mold such that the rod-shaped material between the bending mold and the guide means moving relative to the bending mold incrementally progressively bent or deformed along its bending line in each case locally such that the rod-shaped material in its bent configuration at least Gradually adapted gradually to the bending form and / or converted into the required workpiece geometry.
  • Many of the properties and advantages of the device according to the invention correspond to those properties and advantages of the method according to the invention, therefore reference is made here accordingly to the above features and properties of the method.
  • the device may have a preferably arranged in front of the guide device feed device, which advances the rod-shaped material continuously in the direction of the bending mold. It is advantageous with regard to the dimensional accuracy of the formed rod-shaped material if the deformed geometry of the rod-shaped material is arranged with clamped down holders along the bending form. As a result, the incre- mentally deformed rod-shaped material is secured in the bending mold and can not change dimensionally and formally in the clamped areas by subsequent transformations.
  • the feed device has a roller-like or pincer-like feed.
  • 1a is a schematic representation of the basic structure of a first embodiment of the device according to the invention for the production of bent wires, tubes, profiles or the like from rod-shaped metallic materials,
  • FIG. 1 b shows another embodiment of the device according to the invention with a feed device for conveying the rod-shaped metallic material
  • FIG. 2 a shows a modified embodiment of the device according to FIG. 1 b with additional application of a torsional load to the rod-shaped material
  • FIG 2b - a plan view of the device according to Figure 2a with additional
  • Figure 3a-3b exemplary representation of a sequence of bending deformation according to
  • FIG. 5 shows a further modified embodiment of the device according to FIG. 1 a with an additional pivoting movement of the guide device about a pivot axis during the insertion of the rod-shaped material into the bending mold at the beginning of the bending deformation as well as a local clamping of the starting piece of the rod-shaped material,
  • Figure 6 an alternative embodiment of the insertion of the rod-shaped
  • FIGS. 7a-7c show a schematic stage plan at some stations of a bending forming according to the method according to the invention for producing a three-dimensionally curved component
  • FIG. 1a shows the basic structure of a device according to the invention for producing curved wires, tubes, profiles or the like from bar-shaped metallic materials 1 which is suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the rod-shaped material 1 comes from above the device such as a wound wire coil, not shown, and passes, for example, a straightening station, also not shown, in which the rod-shaped material 1 has just been directed. It is also conceivable to use directly straight rod-shaped material 1 in defined lengths.
  • Such fed bar-shaped material 1 passes through a guide device 2, which in the simplest case is a kind of socket with an opening diameter which is slightly larger than the respective outer diameter or the outer dimensions of the rod-shaped material 1 is.
  • the bar-shaped material 1 is conveyed, as explained below, in the direction of the bending mold 3 arranged at a distance from the guide device 2 and protrudes from the guide device 2 on the underside.
  • the guide device 2 is in this case by not shown moving means such. Feed drives or the like. Slidably relative to the bending mold 3 in two or three mutually perpendicular axes or equivalent kinematics and / or arranged rotatable by respective axes of rotation, so that the rod-shaped material 1 strikes the bending mold 3 during its movement at a desired location.
  • the distance between the bending mold 3 and guide means 2 and thus the free bending length of the rod-shaped material 1 can be adjusted appropriately.
  • the guide device 2 in the direction of movement 16 is approximately parallel to the groove or groove-shaped recess 9 (this is indicated by the change in position of the guide means 2 from the dashed starting position in the position shown by solid lines), so bending stresses 8 in the cross-section of the rod-shaped Material 1 caused that can be used to a change in shape of the rod-shaped material 1 in the form of a targeted bend.
  • the desired workpiece is ultimately created by moving the groove-shaped or groove-shaped recess 9 with the rod-shaped material 1, wherein the groove is moved away - or groove-shaped recess 9 by tightening the rod-shaped material 1 in the direction 5 and the simultaneous relative movement between guide means 2 and bending mold 3 is defined.
  • FIG. 1a an expanded embodiment is shown in FIG.
  • the rod-shaped material 1 comes further from above the device such as a wound wire coil, not shown, and passes, for example, a straightening station, also not shown, in which the rod-shaped material 1 has just been directed. It is also conceivable to use directly straight rod-shaped material 1 in defined lengths.
  • Such fed rod-shaped material 1 passes above the guide means 2, a feed device 4, which is here indicated as two counter-rotating rollers 4, but also, for example, a forceps feed or the like.
  • the rod-shaped material 1 is pushed by the advancing device 4 in the direction of the spaced apart from the guide device 2 arranged bending mold 3 and protrudes from the underside of the guide device 2 out.
  • the guide device 2 is in this case likewise displaceable relative to the bending mold 3 in two or even three mutually perpendicular axes or an equivalent kinematics and / or rotatable by respective axes of rotation by not further shown moving means such as feed drives or the like., So that the rod-shaped material 1 impinges on the bending mold 3 at the feed movement at a desired location.
  • the distance between the bending mold 3 and guide means 2 and thus the free bending length of the rod-shaped material 1 can be adjusted appropriately.
  • the bending mold 3 is provided with the groove or riNenförmigen recess 9 and hits the rod-shaped material 1, the bending mold as described in this groove or riNenförmigen recess 9, the rod-shaped material 1 in a forming area, as in the figure 1 b indicated with the item number 11, bent and locates locally in the groove or groove-shaped recess 9 a. Due to the further advance of the rod-shaped material 1 in the feed direction 5 and the simultaneous relative movement between the guide device 2 and bending mold 3, another rod-shaped material 1 is bent directly following the bent portion 11 of the rod-shaped material 1, and the supplied rod-shaped material 1 is thus successively bent and transformed incrementally.
  • the result is by the shutdown of the groove or groove-shaped recess 9 with the rod-shaped material 1 ultimately the desired workpiece, the departure of the groove or grooved recess 9 by the advance of the rod-shaped material 1 in the feed direction 5 and simultaneous relative movement between the guide device 2 and bending mold 3 is defined.
  • this incremental procedure makes it possible to produce the desired geometry of a bent part with only slight preparation of the bending mold 3 from rod-shaped material 1 by successive, quasi-successive, and overall incremental forming of respectively smaller sections 11 of the rod-shaped material 1 manufacture, whereby the method is particularly suitable for small to be manufactured quantities of such bent parts that would not justify high tooling costs.
  • FIG. 2 a shows a modified embodiment of the device according to FIG. 1 b with additional application of a torsional load 14 to the bar-shaped material 1.
  • This additional torsional load 14 in the direction of rotation 13 is applied to the bar-shaped material 1, for example, via a twisting device cooperating with the feed device 4 and leads to further stresses in the form of shear stresses 15 along the free length of the rod-shaped material 1.
  • Such shear stresses 15 can be used to further favorably influence the deformation of the rod-shaped material 1 in the forming zone 11, since these shear stresses 15 contribute to a targeted and directed earlier flow of the rod-shaped material 1 in the forming zone 11. To simplify matters, the overall deformation is improved by the shear stresses 15.
  • torsional load 14 of the rod-shaped material 1 can favorably influence the bending deformation in the forming zone 11 and each locally deformed rod-shaped material 1 bends figuratively spoken more willing around the corner. This contributes to the fact that due to such superimposed stress states in the local forming zone 1 1 of the rod-shaped material 1 even tight bends can be performed easily and reproducibly, even without causing large spring backs of the formed rod-shaped material 1.
  • FIGS. 3a and 3b the deformation already shown in FIG. 2b is shown once again in two stages, once just before the corner (FIG. 3a) and once in the corner (FIG. 3b) with additionally applied torsional load.
  • FIG. 4 shows a modified embodiment of the device according to FIG. 1b with additional heating of the rod-shaped material 1 via a heating device 18 here in the form of an inductively operating heating coil, which is arranged shortly below the guide device 2 and through which a modified embodiment of the device according to FIG 1b passes with additional heating of the rod-shaped material 1 therethrough.
  • a heating device 18 here in the form of an inductively operating heating coil, which is arranged shortly below the guide device 2 and through which a modified embodiment of the device according to FIG 1b passes with additional heating of the rod-shaped material 1 therethrough.
  • Conceivable in addition to an inductive heating and a conductive heating, heating with a gas flame or heating by means of laser.
  • a temperature field 21 is formed in the bar-shaped material 1, the configuration of which is monitored, for example, by a pyrometer or the like.
  • Temperature measuring device 17 and can be used to control and regulate the heating device 18.
  • the forming in the local forming zone 11 is further simplified, as this causes the yield point of the standard gen-shaped material 1 set down and the flow during the forming is facilitated.
  • FIG. 5 shows another embodiment of the device according to the invention according to FIG. 1a in a detail, in which an additional pivotal movement of the guide device 2 about an additional pivot axis (not shown) along the pivot direction 22 is possible.
  • the rod-shaped material 1 can be inserted relative to the bending mold 3 or to the groove or groove 9 in the bending mold 3 at an angle in the groove or groove 9, which in particular for the initial insertion of the rod-shaped material 1 in the region of the beginning 27th of the rod-shaped material 1 is helpful.
  • a targeted deflection of emerging from the guide device 2 rod-shaped material 1 can be achieved, whereby the deformed in the forming 11 rod-shaped material 1 ' selectively inserted into the groove or groove 9 and then there with a hold-down 10 in the clamping direction 23 on the deformed rod-shaped material 1 'is pressed, can be secured.
  • a pivoting 22 can be selectively used by, for example, one or more pivot axes in order to positively influence the deformation of the rod-shaped material 1 in the forming zone 11 when the groove or groove 9 in the bending mold 3. Due to the relative angular adjustment of the rod-shaped material 1, the geometric starting position during bending of the rod-shaped material 1 is already improved.
  • FIG. 6 a different type of start of the bending deformation of the bar-shaped material 1 in the bending mold 3 is shown in a kind of stadia plan with two different times.
  • the further transformation of the deformed rod-shaped material 1 ' to begin in the bending mold 3 a suitable for the initial region 27 of the rod-shaped material.
  • 1 formed bore or recess 24 may be provided in the form of an insertion, in which the forward of the feed device 4 rod-shaped material 1 is inserted vertically by the feed movement in the feed direction 5.
  • FIGS. 7a to 7c the sequence of the method according to the invention on a more realistic three-dimensionally curved component is again represented in the form of a type of spectacle, the three-dimensionally curved bending form 3 with the grooves or grooves 9 being shown in FIG rod-shaped material 1 is to be inserted in the bending deformation according to the invention.
  • FIG. 7b a later time of deformation to the spectacle-like curved component can be seen in a highly schematic manner, in which a portion of the deformed rod-shaped material 1 ' can already be seen in the groove 9 of the bending mold 3 Bar-shaped material 1 from the guide device 2 exits on the underside and as already described above in the relative movement between the guide device 2 and bending mold 3 is placed in the groove or groove 9.
  • FIGS. 8a and 8b show schematic examples of the design of movement mechanisms for carrying out the relative movement between the bending mold 3 known from FIG. 7 and the guide device 2 during the bending deformation of the rod-shaped material 1 into the reshaped configuration 1 ' .
  • a movement device with three pivot axes 28, for example in the form of a simple industrial robot is indicated for this purpose as a movement device 6.
  • the movements of the guide device 2 can be performed approximately by a three-axis arrangement of linear axes 28 such as in a gantry robot.
  • all other combinations of axle arrangements are conceivable, and this depends mainly on the geometry of the component to be produced and thus on the geometry of the bending mold 3.
  • FIG. 8a a movement device with three pivot axes 28, for example in the form of a simple industrial robot, is indicated for this purpose as a movement device 6.
  • the movements of the guide device 2 can be performed approximately by a three-axis arrangement of linear axes 28 such as in a gantry robot.
  • FIG. 8c shows, as an alternative to the guidance of the rod-shaped material 1, a guide plate 25 with a continuous guide slot 26 whose contour corresponds to the contour of the groove 9 and the upper side of the bending mold 9 is arranged.
  • this can be supported in the guide slot 26 and therefore more accurately guided as described insert into the groove 9.
  • FIGS. 9a to 9c show examples of different possibilities of support and guidance of the rod-shaped material 1 during the bending deformation.
  • Bending inside arranged support rollers 29, as shown in Figure 9a just in the embodiment of the device according to the invention without feed device 4 can favor the flow of material of the bent rod-shaped material 1.
  • the support roller 29 supports in this arrangement according to Figure 9a, the application of the rod-shaped material 1 in the groove 9 of the bending mold 3.
  • the rod-shaped material 1 support only locally, as can be seen in Figures 9b and 9c. In this case, as indicated in FIG.
  • a roller 29, which is fixed to the guide device 2 via a lever 30, is positioned relative to the guide device 2 in such a way that it replaces the region of the bending mold 3 involved in the forming process and is located on the roller Can support 9 transforming rod-shaped material 1.
  • the support of the forming rod-shaped material 1 takes place only in the region of the free end 27 with respect to the fixed bending mold 3, but subsequently on the roller 29th
  • the bending mold 3 is subdivided into different segments, preferably precisely in the regions in which large deformations of the deformed rod-shaped material 1 have to be produced. This is how the free end can be 27 of the rod-shaped material 1 are clamped in the region of the blank holder 10 as already described and are then bent along the bending line of the rod-shaped material 1 on supports 31 with suitably curved sections. These supports 31 replace or form at these curved portions of the deformed bar-shaped material 1 the bending shape.
  • a roller 29 can not only be used to support the rod-shaped material 1 in the region of the forming zone 12 according to FIG 9a, but can also be used directly to improve the deformation by the roller 29, which in turn via a lever 30 on the guide device is determined, exerts a force on the rod-shaped material 1 and thereby the rod-shaped material 1 in addition to the support and virtually on the opposite side of the bending mold 3 with formed. In this way, the rod-shaped material 1 can be additionally stabilized during the forming.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von gebogenen Drähten, Rohren, Profilen oder dgl. aus stangenförmigen metallischen Materialien (1), bei dem das stangenförmige Material (1) in eine Führungseinrichtung (2) bewegt wird, wobei die Führungseinrichtung (2) relativ zu einer Biegeform (3) vorzugsweise dreidimensional bewegbar angeordnet und verstellbar ist, und das sich bewegende stangenförmige Material (1) nach dem Durchtreten der Führungseinrichtung (2) zwischen der relativ zu der Biegeform (3) sich bewegenden Führungseinrichtung (2) und passend geformten Abschnitten (9) der Biegeform (3) derart inkrementell fortschreitend entlang einer Biegelinie (16) passend gebogen oder umgeformt wird, dass das stangenförmige Material (1) sich in seiner gebogenen Konfiguration (1') zumindest abschnittweise nach und nach an die Biegeform (3) anpasst und/oder in die geforderte Werkstückgeometrie umgeformt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Vorrichtung.

Description

Beschreibung
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR INKREMENTELLEN HERSTELLUNG VON GEBOGENEN DRÄHTEN, ROHREN, PROFILEN ODER DGL. AUS STANGENFÖRMIGEN METALLISCHEN MATERIALIEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gebogenen Drähten, Rohren, Profilen oder dgl. aus stangenförmigen metallischen Materialien gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 20.
Zur Herstellung von mehr oder weniger gebogenen Werkstücken aus Metalldrähten, Rohren oder Profilen gibt es im Stand der Technik eine große Zahl an Verfahren, mit denen abhängig von der Werkstückgeometrie und den verwendeten Werkstoffen derartige gebogene Werkstücke reproduzierbar hergestellt werden können. Diese Verfahren haben unterschiedliche Vor- und Nachteile, die neben technologischen Randbedingungen vielfach von der Werkstückgeometrie abhängig sind. Oftmals sind die herkömmlichen Verfahren bei der Herstellung von Biegeteilen mit engen Radien und komplexen Konturen überfordert. Ferner sind Biegungen, die sich schleifenähnlich überlappen bzw. bei der die Biegekontur des gebogenen Werkstücks sich selbst fast wieder berührt, nur schwierig mit derartigen Standardverfahren herzustellen. Biegeverfahren wie das Rotations- oder Rundbiegen sind hier recht gut geeignet, da bei diesen Verfahren die Biegekontur durch die Geometrie der Biegeform vorherbestimmt ist. Diese sogenannten formgebundenen Verfahren zeichnen sich durch eine sehr gute Genauigkeit gegenüber den rein kinematischen Verfahren aus. Zu dieser Gruppe gehört auch das Gesenkbiegen mit einem Ober- und Untergesenk, das e- benfalls ein gutes Verfahren zum formgenauen Biegen von länglichen Bauteilen wie Profilen und Drähten ist.
Wenn jedoch die Biegekontur sehr enge Radien aufweist und die Biegekontur sich selbst wieder berührt bzw. schleifenähnlich ist, kommen diese recht einfachen Verfahren an ihre Grenzen. Oftmals kollidieren die Werkzeugelemente mit dem Werkstück. Oder es ist beim Gesenkbiegen mit Ober- und Untergesenk nicht möglich, durch die engen Biegungen das Gesenk zu schließen, ohne das der Biegeprozess versagt. Auch ist es häufig nicht möglich, das sehr stark gebogene Bauteil in das Gesenk einzuformen.
Auch die Herstellung von entsprechenden Werkstücken mittels spezieller Drahtbiegemaschinen durch kinematische und formgebundene Biegeschritte scheitert häufig an derartigen komplexen Geometrien, da die Umformwerkzeuge z.B. die geforderten engen Radien bzw. engen Annäherungen von verschiedenen Abschnitten der gekrümmten Kontur des Biegeteils nicht herstellen können. Allgemein wird die Fertigung auch bei den kinematischen Biegeverfahren immer schwieriger, je komplexer die herzustellenden dreidimensionalen Biegungen der Werkstücke sind.
Vor allem bei speziellen Federbauteilen oder komplexen Rohrleitungen können diese Verfahren dann nicht mehr eingesetzt werden und es wird erforderlich, ein derartiges Bauteil in zwei oder mehrere Teile oder Abschnitte aufzuteilen, die dann wieder gefügt werden müssen. Dies verursacht mehr Aufwand und nachteilige Mehrkosten für das Biegeteil. Bei Spezialfedern ist aufgrund der Werkstoffeigenschaften des Federdrahtes ein Fügen von Abschnitten nahezu unmöglich, da dies die Haltbarkeit und die Gebrauchseigenschaften solcher Federn unzulässig beeinflussen würde.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Herstellung auch komplex geformter Werkstücke in Form von gebogenen Drähten, Rohren, Profilen oder dgl. aus stangenförmigen Materialien zu ermöglichen, ohne dass aus der Komplexität der Geometrie des Werkstückes Schwierigkeiten bei der Biegeumformung entstehen.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich hinsichtlich des Verfahrens aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich der Vorrichtung aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 20 in Zusammenwirken mit den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von gebogenen Drähten, Rohren, Profilen oder dgl. aus stangenförmigen metallischen Materialien. Ein derartiges gattungsgemäßes Verfahren wird dadurch weiter gebildet, dass das stan- genförmige Material in eine Führungseinrichtung bewegt wird, wobei die Führungseinrichtung relativ zu einer Biegeform vorzugsweise dreidimensional bewegbar angeordnet und verstellbar ist, und das sich bewegende stangenförmige Material nach dem Durchtreten der Führungseinrichtung zwischen der relativ zu der Biegeform sich bewegenden Führungseinrichtung und passend geformten Abschnitten der Biegeform derart inkrementell fortschreitend entlang einer Biegelinie passend gebogen oder umgeformt wird, dass das stangenförmige Material sich in seiner gebogenen Konfiguration zumindest abschnittweise nach und nach an die Biegeform anpasst und/oder in die geforderte Werkstückgeometrie umformt. Die Grundidee der Erfindung besteht darin, durch eine jeweils lokale Umformung des stangenförmigen Materials zwischen einerseits der Biegeform bzw. passend geformten Abschnitten der Biegeform und der sich relativ zu der Biegeform bewegenden Führungseinrichtung und aufgrund der laufenden Bewegung des stangenförmigen Materials nach und nach eine inkrementelle Umformung des stangenförmigen Materials hin zu der gewünschten Bauteilgeometrie des herzustellenden Bauteils zu erzeugen. Bildlich gesprochen wird das laufend bewegte stangenförmige Material, das aus der Führungseinrichtung austritt, aufgrund der Relativbewegung zwischen Führungseinrichtung und passend geformten Abschnitten der Biegeform und der eigenen Bewegung an passend geformte Abschnitte der Biegeform gelegt und dabei aufgrund des sich in diesem lokalen Querschnitt des stangenförmigen Materials bildenden Spannungszustand gebogen bzw. umgeformt. Die Bewegung des stangenförmigen Materials kann hierbei durch ein Festhalten des einen Endes des stangenförmigen Materials in der Biegeform realisiert werden, wobei das stangenförmige Material bei einer Relativbewegung der Führungseinrichtung und der Biegeform durch die Führungseinrichtung hindurchgezogen wird. In einer anderen Ausgestaltung kann das stangenförmige Material durch eine vor der Führungseinrichtung positionierte Vorschubeinrichtung durch die Führungseinrichtung geschoben werden. Während des Prozesses überlagen sich zumindest Zug- und Biegespannungen bzw. Druck- und Biegespannungen in dem stangenförmigen Material zu einem komplexen lokalen Spannungszustand, durch den die lokale Geometrie des stangenförmigen Materials im wesentlichen in Form eines Biegens geändert wird. Wiederholt sich dieser Vorgang entlang der Länge des stangenförmigen Materials immer wieder unter entsprechender Anpassung der Relativbewegung zwischen Führungseinrichtung und passend geformten Abschnitten der Biegeform, so können mittels dieser inkrementellen Biegumformung auch komplexeste Biegekonturen hergestellt werden, ohne dass hierzu komplexe Bearbeitungseinrichtungen oder Biegeformen benötigt werden. Die Biegeform dient bei der vorliegenden Erfindung zur Abstützung des stangenförmigen Materials während der Biegeumformung und ggf. nach der Biegeumformung zu Stabilisierung und Kalibrierung des umgeformten stangenförmigen Materials, wohingegen die eigentliche Biegeumformung vornehmlich aufgrund der Kraftwirkungen und der sich daraus ergebenden Spannungszustände in dem lokalen Abschnitt des umzuformenden stangenartigen Materials aufgrund des Zusammenwirken von Bewegung des stangenförmigen Materials sowie der Relativbewegung zwischen Führungseinrichtung und passend geformten Abschnitten der Biegeform erzeugt wird. Damit ist man bei der Umformung des stangenförmigen Materials aber weitaus freier und flexibler als bei den herkömmlichen formgebundenen Biegeverfahren und gleichzeitig ist die Komplexität des Bewegungsablaufs während des Biegevorgangs geringer als bei den herkömmlichen kinematischen Biegebearbeitungen, so dass auch sehr komplexe Werkstückgeometrien mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einfach hergestellt werden können. Damit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders für die Herstellung auch kleiner Stückzahlen von gebogenen Bauteilen aus stangenförmigen metallischen Materialien.
Von besonderem Vorteil ist hierbei, dass aufgrund der Relativposition und der Relativbewegung zwischen Führungseinrichtung und zumindest einzelnen Abschnitten der Biegeform eine lokale Kraftwirkung auf das aus der Führungseinrichtung ausge- tretene stangenförmige Material erzeugt wird, die eine lokale Umformung des stan- genförmigen Materials und damit in Summe eine inkrementelle Anpassung der Form des stangenförmigen Materials an die gewünschte Werkstückgeometrie bewirkt. Bildlich gesprochen wird das ursprünglich vorzugsweise gerade stangenförmige Material jeweils beim Auftreffen auf Abschnitte der Biegeform lokal und aufgrund des sich lokal einstellenden Spannungszustands in diesem kleinen Abschnitt des stangenförmigen Materials ein wenig wie gewünscht umgeformt, wobei sich durch den laufenden Vorschub des stangenförmigen Materials und die Relativbewegung zwischen Biegeform und Führungseinrichtung nachkommende Abschnitte des stangenförmigen Materials sich ebenfalls lokal umformen und in Summe nach und nach aus dem ursprünglich geraden stangenförmigen Material die gewünschte dreidimensionale Geometrie des herzustellenden Bauteils gebildet wird. Eine solcherart hergestellte Umformung wird durch die Geometrie der Biegeform stabilisiert und ggf. kalibriert, so dass sich nach der kompletten Umformung des jeweiligen Abschnitts des stangenförmigen Materials eine hochgenaue Geometrie des derart hergestellten Bauteils erreichen lässt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass das stangenförmige Material über eine vorzugsweise vor der Führungseinrichtung angeordnete Vorschubeinrichtung in die Führungseinrichtung gefördert wird, wodurch sich eine aktive Förderung des stangenförmigen Materials erreichen lässt. Hierdurch werden Druckspannungen auf das stangenförmige Material ausgeübt, die eine Verbesserung der Umformung des stangenförmigen Materials in der Umformzone bewirken können. Auch kann durch die Beeinflussung des jeweiligen Maßes des Vorschubes des stangenförmigen Materials die Umformung wie gewünscht beeinflusst werden.
Hierbei ist es von Vorteil, dass die Umformung des stangenförmigen Materials durch eine Überlagerung von Zugspannungen bzw. Druckspannungen aufgrund des Vorschubs des stangenförmigen Materials und von Biegespannungen aufgrund der lokalen Wechselwirkung zwischen stangenförmigem Material und zumindest einzelnen Abschnitten der Biegeform erfolgt. Dieser jeweils lokal herrschende Spannungszustand kann durch die Regulierung der Vorschubbewegung des stangenförmigen Materials und die Relativbewegung zwischen Biegeform und Führungseinrichtung in weiten Grenzen beeinflusst und im Sinne einer maßgenauen Herstellung des ge- wünschten Bauteils optimiert werden. Durch den lokalen Spannungszustand kann auch erreicht werden, dass sich das umgeformte stangenförmige Material passgenau in die Biegeform einlegt und damit die Umformung sehr gleichmäßig durch die Anpassung an den analogen Form- und Maßspeicher der Biegeform erfolgt.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Biegeform passend zur Querschnittsform des zu biegenden stangenförmigen Materials zumindest abschnittweise eine nutartige oder rillenartige Vertiefung aufweist, die in ihrer Geometrie der herzustellenden Werkstückgeometrie entspricht. In eine derartige nutartige oder rillenartige Vertiefung kann sich der Querschnitt des umgeformten stangenförmigen Materials gut einlegen und damit verhindert werden, dass aufgrund von Rückfederungen oder lokalen Ausweichbewegungen Maß- und Formungenauigkeiten auftreten. Von Vorteil ist es weiterhin, dass die nutartige oder rillenartige Vertiefung entsprechend der herzustellenden dreidimensionalen Werkstückgeometrie ebenfalls dreidimensional ausgebildet werden kann. Dabei kann die nutartige oder rillenartige Vertiefung maßlich auf den Querschnitt des umgeformten stangenförmigen Materials derart abgestimmt wird, dass die nutartige oder rillenartige Vertiefung das umgeformte stangenförmige Material aufnimmt und abstützt. Hierbei ist es denkbar, dass die nutartige Vertiefung abschnittsweise oder durchgehend als spanend hergestellte, vorzugsweise gefräste Nut ausgebildet wird, die auch auf derselben Maschine, vorzugsweise in derselben Aufspannung hergestellt werden kann, auf der auch die Biegeumformung des stangenförmigen Materials erfolgt. Hierdurch entfallen Umspannvorgänge und damit die Quelle für Ungenauigkeiten.
In einer anderen Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass die Biegeform und/oder die nutartige Vertiefung abschnittsweise oder komplett aus diskrete Stützpunkte bildenden, zueinander verstellbar angeordneten Einzelelementen gebildet wird, die mit dem umzuformenden stangenförmigen Material wechselwirken. Hierzu kann die nutartige Vertiefung in diskrete Punkte oder Abschnitte aufgelöst werden, die wie etwa bei einem Nagelbrett einzelne Stützstellen für die Umformung des stangenförmigen Materials zur Verfügung stellen, mit denen das stangenförmige Material jeweils lokal wechselwirken kann. Sind diese einzelnen Stützstellen linear zueinander verstellbar angeordnet, so kann mit nur einer einzigen derart gestalteten Biegeform unter ent- sprechender Anpassung der Lage der Stützstellen jeweils eine Vielzahl von Biegeformen bereitgestellt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass die Biegeform aus mindestens einem passend zu der Bewegung der Führungseinrichtung bewegten, punkt- oder flächenartig wirkenden Gegenhalter gebildet wird, der mit dem umzuformenden stangenförmigen Material jeweils lokal wechselwirkt. Ein solcher punkt- oder flächenartig wirkender Gegenhalter kann dabei etwa in Form einer Rolle, eines Stempels oder dgl. ausgebildet werden und sich relativ zu der Führungseinrichtung bewegen, so dass der Gegenhalter zwar lokal im Bereich der Umformung wie eine Biegeform wirkt, nach Abschluss der lokalen Umformung das umgeformte stangenförmige Material jedoch nicht mehr oder nur noch abschnittsweise gestützt wird. Damit lässt sich mit einem solchen Gegenhalter allein aufgrund seiner Relativbewegung relativ zu der Führungseinrichtung eine Vielzahl von Werkstückgeometrien herstellen, ohne dass vorab eine angepasste Biegeform erzeugt werden muss.
Von Vorteil ist es hinsichtlich des Umformverhaltens des stangenförmigen Materials, wenn Führungseinrichtung und Biegeform bei der Biegeumformung des stangenförmigen Materials eine Relativverschiebung zueinander, vorzugsweise eine Relativverschiebung in bis zu drei Raumrichtungen zueinander ausführen. Hierzu können Führungseinrichtung und Biegeform zueinander in einer Ebene z.B. über einen Koordinatentisch verfahrbar angeordnet werden, wobei eine senkrechte Abstandsverstellung zwischen Führungseinrichtung und Biegeform den Abstand zwischen Führungseinrichtung und Biegeform und damit das Austrittsverhalten des stangenförmigen Materials aus der Führungseinrichtung beeinflussen kann. Hierdurch sind vielfältigste Beeinflussungen der lokalen Umformung des stangenförmigen Materials im Bereich des Auftreffens des stangenförmigen Materials auf die Biegeform möglich, die die gewünschten lokalen Spannungsverhältnisse erzeugen und damit die gewünschte Umformung hervorrufen.
Eine weitere Verbesserung bei der Erzeugung der lokalen Spannungsverhältnisse und damit der gewünschten Umformung lässt sich dann erreichen, wenn die Führungseinrichtung und die Biegeform um zumindest eine weitere Schwenkachse relativ zueinander verschwenkt werden können. Hierdurch ergeben sich durch die zumindest einachsige zusätzliche Verschwenkung weitere kinematische Einflussgrö- ßen auf die lokale Umformung des stangenförmigen Materials. Bildlich gesprochen kann das lokal umzuformende stangenförmige Material auch unter einem Neigungswinkel auf die Biegeform auftreffen und damit z.B. das anfängliche Anlegen des umzuformenden stangenartigen Materials an die Biegeform erleichtert werden oder auch an komplexen Umformungsstellen durch die zusätzliche Verschwenkung die Biegeumformung verbessert oder erleichtert werden.
Von Vorteil ist es, wenn das stangenförmige Material beim Durchtreten der Führungseinrichtung von der Vorschubeinrichtung linear in Richtung auf die Biegeform vorgeschoben wird. Hierdurch ergeben sich einfache geometrische Verhältnisse bei der Vorschubbewegung des stangenartigen Materials vor dem Auftreffen auf die Biegeform.
Insbesondere zu Beginn der Biegeumformung des stangenartigen Materials ist es von Vorteil, wenn das stangenförmige Material zu Beginn der Biegeumformung vorgebogen und in die Biegeform eingelegt wird. Die Auslenkung des umzuformenden stangenartigen Materials kann dadurch reproduzierbar gestaltet und die gesamte Umformung vereinheitlicht werden.
Eine weitere Verbesserung der Umformung des stangenförmigen Materials lässt sich dadurch erreichen, dass das stangenförmige Material zumindest zu Beginn der Biegeumformung und/oder an bestimmten Stellen der Biegeform form- und/oder kraftschlüssig in der Biegeform gehaltert wird, vorzugsweise kraftschlüssig geklemmt o- der formschlüssig in Aufnahmen der Biegeform eingesteckt wird. Hierdurch wird der Anfang oder bestimmte Abschnitte des stangenförmigen Materials, etwa an umformtechnisch besonders schwierigen Stellen der herzustellenden Bauteilgeometrie, zusätzlich stabilisiert und damit die Maßhaltigkeit des herzustellenden Bauteils erhöht.
In weiterer Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass auf das umzuformende stangenförmige Material eine zusätzliche Torsionsbelastung aufgebracht wird, durch die zwischen Führungseinrichtung und Biegeform eine weitere Umformungsbelastung, vorzugsweise in Form von Schubspannungen auf das stangenförmige Material aufgebracht wird. Von Vorteil ist hierbei insbesondere, dass durch die zusätzliche Torsionsbelastung die materialtechnisch meist nicht vermeidbare Rückfederung des umgeformten stangenförmigen Materials minimiert werden kann. Durch die Überlage- rung von Schubspannungen, Biegespannungen und Normalspannungen in dem jeweils lokal umzuformenden Abschnitt des stangenförmigen Materials kann die Um- formbarkeit des stangenförmigen Materials weiter positiv beeinflusst und das Fließen des Materials bei der Umformung günstig beeinflusst werden. Außerdem kann bei Richtungsänderungen der Führungseinrichtung, zum Beispiel um Krümmungen zu erzeugen, der Materialfluss des stangenförmigen Material durch die zusätzliche Torsion in Richtung der Krümmung während des Umformvorgangs positiv beeinflusst werden. Die Schubspannungen können z.B. durch ein Verdrehen des stangenförmigen Materials in der Vorschubeinrichtung auf das stangenförmige Material aufgebracht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass das stangenförmige Material vor der Biegeumformung zur Beeinflussung der Streckgrenze des stangenförmigen Materials erhitzt wird, um die Biegeumformung zu erleichtern. Hierdurch wird die Umformung weiter erleichtert bzw. bei schwer umzuformenden Materialien überhaupt erst ermöglicht. Hierzu kann die Erhitzung z.B. konduktiv und/oder induktiv und/oder durch Gasheizung und/oder mittels Laserstrahl erfolgen, wodurch lokal kurz vor der lokalen Umformung des stangenförmigen Materials die entsprechende Wärmemenge in das stangenförmige Material eingebracht wird. Weiterhin ist es hierbei denkbar, dass die Erhitzung des stangenförmigen Materials durch eine Erwärmungseinrichtung abhängig vom jeweiligen umzuformenden Abschnitt des stangenförmigen Materials und des umgeformten Werkstücks mit unterschiedlichem Temperaturprofil erfolgt. So kann z.B. in stark lokal umzuformenden Abschnitten des umzuformenden stangenförmigen Materials eine höhere lokale Erhitzung des umzuformenden stangenförmigen Materials sinnvoll sein, in lokal weniger umzuformenden Abschnitten reicht hingegen eine entsprechend geringere Erhitzung oder auch keine Erhitzung aus. Durch entsprechend auf den lokalen Abschnitt des umzuformenden stangenförmigen Materials abgestimmte Einbringung der passenden Wärmemenge kann die Umformung vereinfacht und verbessert werden. Durch die Erwärmung des stangenförmigen Materials kann es erforderlich werden, dass die Führungseinrichtung während der Umformung des stangenförmigen Materials gekühlt wird.
Weiterhin ist es denkbar, dass das gebogene stangenförmige Material nach dem Biegen in der Biegeform gekühlt und/oder vergütet wird. Durch entsprechende lokale Abkühlung kann zum einen verhindert werden, dass noch warmes und damit möglicherweise zu weiches umgeformtes stangenförmiges Material durch die nachfolgende lokale Umformung weiterer Abschnitte in Form und Lage negativ beeinflusst wird. Andererseits kann durch eine gezielte Abkühlung auch das Werkstoffverhalten des umgeformten stangenförmigen Materials gezielt im Sinne einer Vergütung oder Härtung beeinflusst und damit das Bauteilverhalten des umgeformten stangenförmigen Materials z.B. zur Herstellung von Federeigenschaften oder dgl. insgesamt positiv beeinflusst werden. Hierdurch erübrigen sich ggf. nachzuschaltende separate Vergü- tungs- oder Wärmebehandlungsvorgänge.
Weiterhin ist es denkbar, dass bei Verarbeitung von rohrförmigem stangenförmigem Material ein Stützdorn bei der Umformung des stangenförmigen Materials verwendet wird, mit dem ein ungewolltes Ausbeulen oder Knicken des umzuformenden rohr- förmigen Materials verhindert werden kann.
Die Erfindung betrifft weiterhin auch eine Vorrichtung zur Herstellung von gebogenen Drähten, Rohren, Profilen oder dgl. aus stangenförmigen metallischen Materialien, bei der die Vorrichtung eine Führungseinrichtung aufweist, wobei die Führungseinrichtung relativ zu einer Biegeform vorzugsweise dreidimensional bewegbar angeordnet und verstellbar ist und das stangenförmige Material laufend in Richtung auf die Biegeform derart bewegbar ist, dass das stangenförmige Material zwischen der Biegeform und der sich relativ zur Biegeform bewegenden Führungseinrichtung in- krementell fortschreitend entlang seiner Biegelinie jeweils lokal derart gebogen oder umgeformt wird, dass das stangenförmige Material sich in seiner gebogenen Konfiguration zumindest abschnittweise nach und nach an die Biegeform anpasst und/oder in die geforderte Werkstückgeometrie umgeformt. Viele der Eigenschaften und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen denjenigen Eigenschaften und Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, daher wird hier entsprechend Bezug auf die vorstehenden Merkmale und Eigenschaften des Verfahrens genommen.
In weiterer Ausgestaltung kann die Vorrichtung eine vorzugsweise vor der Führungseinrichtung angeordnete Vorschubeinrichtung aufweisen, die das stangenförmige Material laufend in Richtung auf die Biegeform derart vorschiebt. Von Vorteil hinsichtlich der Maßhaltigkeit des umgeformten stangenförmigen Materials ist es, wenn entlang der Biegeform die umgeformte Geometrie des stangenförmigen Materials klemmende Niederhalter angeordnet sind. Hierdurch wird das inkre- mentell umgeformte stangenförmige Material in der Biegeform gesichert und kann sich maßlich und formmäßig in den geklemmten Bereichen durch nachfolgende Umformungen nicht mehr verändern.
Weiterhin ist es denkbar, dass die Vorschubeinrichtung einen rollenartigen oder zangenartigen Vorschub aufweist.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt die Zeichnung.
Es zeigen:
Figur 1a - eine schematische Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von gebogenen Drähten, Rohren, Profilen oder dgl. aus stangenförmigen metallischen Materialien,
Figur 1 b - eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Vorschubeinrichtung zur Förderung des stangenförmigen metallischen Materials,
Figur 2a - eine modifizierte Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Figur 1 b mit zusätzlicher Aufbringung einer Torsionsbelastung auf das stangenförmige Material,
Figur 2b - eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Figur 2a mit zusätzlicher
Aufbringung einer Torsionsbelastung auf das stangenförmige Material am Beispiel einer brillenförmigen Biegekontur,
Figur 3a-3b - beispielhafte Darstellung eines Ablaufs der Biegeumformung gemäß
Figur 2b in zwei aufeinander folgenden Umformabschnitten, eine modifizierte Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Figur 2a mit zusätzlicher Erhitzung des stangenförmigen Materials, Figur 5 - eine weitere modifizierte Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Figur 1 a mit Ausführung einer zusätzlichen Schwenkbewegung der Führungsvorrichtung um eine Schwenkachse beim Einlegen des stan- genförmigen Materials in die Biegeform beim Beginn der Biegeumformung sowie einer lokalen Klemmung des Anfangsstücks des stangenförmigen Materials,
Figur 6 - eine alternative Ausgestaltung des Einlegens des stangenförmigen
Materials in die Biegeform beim Beginn der Biegeumformung durch Einstecken in eine passende Vertiefung,
Figur 7a-7c - eine schematischer Stadienplan an einigen Stationen einer Biegeumformung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional gekrümmten Bauteils,
Figur 8a-8c - Beispiele für die Ausgestaltung von Bewegungsmechanismen zur
Ausführung der Relativbewegung zwischen Biegeform und Führungseinrichtung bei der Biegeumformung des stangenförmigen Materials,
Figur 9a-9c - Beispiele für unterschiedliche Möglichkeiten der Abstützung und
Führung des stangenförmigen Materials während der Biegeumformung.
In der Figur 1 a ist der grundsätzliche Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von gebogenen Drähten, Rohren, Profilen oder dgl. aus stangenförmigen metallischen Materialien 1 zu erkennen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Das stangenförmige Material 1 kommt von oberhalb der Vorrichtung etwa aus einem nicht dargestellten aufgewickelten Drahtcoil und durchläuft z.B. eine ebenfalls nicht dargestellte Richtstation, in der das stangenförmige Material 1 gerade gerichtet worden ist. Ebenfalls ist es denkbar, direkt gerades stangenförmiges Material 1 in definierten Längen zu verwenden. Derart zugeführtes stangenförmiges Material 1 durchläuft eine Führungseinrichtung 2, die im einfachsten Fall eine Art Buchse darstellt mit einem Öffnungsdurchmesser, der etwas größer als der jeweilige Außendurchmesser oder die Außenabmessungen des stangenförmigen Materials 1 ist. Das stangenför- mige Material 1 wird wie noch nachstehend ausgeführt in Richtung auf die beabstandet zu der Führungseinrichtung 2 angeordnete Biegeform 3 hindurch gefördert und ragt dabei unterseitig aus der Führungseinrichtung 2 heraus.
Die Führungseinrichtung 2 ist hierbei durch nicht weiter dargestellte Bewegungseinrichtungen wie z.B. Vorschubantriebe oder dgl. relativ zu der Biegeform 3 in zwei oder auch drei zueinander senkrechten Achsen oder einer äquivalenten Kinematik verschiebbar und/oder durch entsprechende Drehachsen verdrehbar angeordnet, so dass das stangenförmige Material 1 bei seiner Bewegung an einer gewünschten Stelle auf die Biegeform 3 auftrifft. Hierbei kann auch der Abstand zwischen Biegeform 3 und Führungseinrichtung 2 und damit die freie Biegelänge des stangenförmigen Materials 1 passend eingestellt werden.
Das Anlegen des stangenförmigen Materials 1 in eine nut- oder rillenförmigen Vertiefung 9 der Biegeform 3 wird nun dadurch erreicht, dass das freie Ende 27 des stangenförmigen Materials 1 z.B. manuell soweit gebogen wird, dass es etwa parallel zu der nut- oder rillenförmigen Vertiefung 9 in diese Vertiefung 9 eingelegt werden kann und dann z.B. durch einen Niederhalter 10 in der nut- oder rillenförmigen Vertiefung 9 geklemmt wird. Wird nun die Führungseinrichtung 2 in Bewegungsrichtung 16 etwa parallel zu der nut- oder rillenförmigen Vertiefung 9 verschoben (dies ist durch die Positionsveränderung der Führungseinrichtung 2 aus der gestrichelten Ausgangsposition in die mit durchgehenden Linien dargestellte Position angedeutet), so werden Biegespannungen 8 im Querschnitt des stangenförmigen Materials 1 hervorgerufen, die zu einer Formänderung des stangenförmigen Materials 1 in Form einer gezielten Biegung genutzt werden können. Dadurch wird das stangenförmige Material 1 in einem Umformbereich, wie in der Figur 1a mit der Sachnummer 11 angedeutet, gebogen und legt sich lokal in die nut- oder rillenförmigen Vertiefung 9 ein. Durch das Ziehen des stangenförmigen Materials 1 durch die Führungseinrichtung 3 in Richtung 5 aufgrund der Klemmung des freien Endes des stangenförmigen Materials 1 in der nut- oder rillenförmigen Vertiefung 9 und die gleichzeitige Relativbewegung zwischen Führungseinrichtung 2 und Biegeform 3 wird direkt anschließend an den gerade im Auftreffbereich 12 gebogenen Abschnitt 11 des stangenförmigen Materials 1 weiteres stangenförmiges Material 1 gebogen und das durch die Führungseinrich- tung 3 z.B. vom Coil weiter abgezogene stangenförmige Material 1 so sukzessive und inkrementell umgeformt. Entspricht nun die Geometrie der nut- oder rillenförmi- gen Vertiefung 9 der gewünschten Geometrie des gebogenen stangenförmigen Materials 1 ', so entsteht durch das Abfahren der nut- oder rillenförmigen Vertiefung 9 mit dem stangenförmigen Material 1 letztlich das gewünschte Werkstück, wobei das Abfahren der nut- oder rillenförmigen Vertiefung 9 durch Nachziehen des stangenförmigen Materials 1 in Richtung 5 und die gleichzeitige Relativbewegung zwischen Führungseinrichtung 2 und Biegeform 3 definiert wird.
Die in der Umformzone 11 auftretenden Biegespannungen 8 führen zu der lokalen gewünschten Umformung des stangenförmigen Materials 1 in das umgeformte stangenförmige Material Γ. Mit dieser inkrementellen Vorgehensweise lässt sich durch aufeinander folgende, quasi sukzessive und insgesamt inkrementelle Umformung jeweils kleiner Abschnitte 11 des stangenförmigen Materials 1 die gewünschte Geometrie eines Biegeteils bei nur geringer Vorbereitung der Biegeform 3 aus stangen- förmigem Material 1 herstellen, wodurch sich das Verfahren insbesondere auch für kleine zu fertigende Stückzahlen derartiger Biegeteile eignet, die hohe Werkzeugkosten nicht rechtfertigen würden.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß Figur 1a ist in Figur 1 b eine erweiterte Ausgestaltung dargestellt. Das stangenförmige Material 1 kommt dabei weiter von oberhalb der Vorrichtung etwa aus einem nicht dargestellten aufgewickelten Drahtcoil und durchläuft z.B. eine ebenfalls nicht dargestellte Richtstation, in der das stangenförmige Material 1 gerade gerichtet worden ist. Ebenfalls ist es denkbar, direkt gerades stangenförmiges Material 1 in definierten Längen zu verwenden. Derart zugeführtes stangenförmiges Material 1 durchläuft oberhalb der Führungseinrichtung 2 eine Vorschubeinrichtung 4, die hier als zwei gegenläufig drehende Rollen 4 angedeutet ist, aber auch z.B. einen Zangenvorschub oder dgl. aufweisen kann. Diese Vorschubeinrichtung 4 fördert das stangenförmige Material 1 in Vorschubrichtung 5 in die Führungseinrichtung 2. Das stangenförmige Material 1 wird durch die Vorschubeinrichtung 4 in Richtung auf die beabstandet zu der Führungseinrichtung 2 angeordnete Biegeform 3 hindurch geschoben und ragt dabei unterseitig aus der Führungseinrichtung 2 heraus. Die Führungseinrichtung 2 ist hierbei ebenfalls wieder durch nicht weiter dargestellte Bewegungseinrichtungen wie z.B. Vorschubantriebe oder dgl. relativ zu der Biegeform 3 in zwei oder auch drei zueinander senkrechten Achsen oder einer äquivalenten Kinematik verschiebbar und/oder durch entsprechende Drehachsen verdrehbar angeordnet, so dass das stangenförmige Material 1 bei der Vorschubbewegung an einer gewünschten Stelle auf die Biegeform 3 auftrifft. Hierbei kann auch der Abstand zwischen Biegeform 3 und Führungseinrichtung 2 und damit die freie Biegelänge des stangenförmigen Materials 1 passend eingestellt werden.
Der Kontakt des stangenförmiges Materials 1 im Bereich der Umformzone 12 mit der Biegeform 3 aufgrund des Vorschubs des stangenförmigen Materials 1 in Vorschubrichtung 5 wird nun dazu ausgenutzt, um die erfindungsgemäße Biegeumformung des stangenförmigen Materials 1 herbeizuführen. Trifft das stangenförmige Material 1 senkrecht auf die Biegeform 3 auf, so werden Normalspannungen 7 im Querschnitt des stangenförmigen Materials 1 hervorgerufen, die aber nicht unmittelbar zu einer Biegung des stangenförmigen Materials 1 führen werden. Wird hingegen das auf der Biegeform auftreffende freie Ende 27 des stangenförmigen Materials 1 wie noch nachfolgend näher ausgeführt ein wenig und gezielt aus der Vorschubrichtung 5 ausgelenkt, etwa durch ein Vorbiegen, so werden neben den Normalspannungen 7 je nach Auftreffgeometrie des stangenförmigen Materials 1 auf der Biegeform auch Biegespannungen 8 im Querschnitt des stangenförmigen Materials 1 hervorgerufen, die zu einer Formänderung des stangenförmigen Materials 1 in Form einer gezielten Biegung genutzt werden können. Wird nun etwa wie dargestellt die Biegeform 3 mit der nut- oder riNenförmigen Vertiefung 9 ausgestattet und trifft das stangenförmige Material 1 die Biegeform wie beschrieben in dieser nut- oder riNenförmigen Vertiefung 9, so wird das stangenförmige Material 1 in einem Umformbereich, wie in der Figur 1 b mit der Sachnummer 11 angedeutet, gebogen und legt sich lokal in die nut- oder rillenförmigen Vertiefung 9 ein. Durch den weiteren Vorschub des stangenförmigen Materials 1 in Vorschubrichtung 5 und die gleichzeitige Relativbewegung zwischen Führungseinrichtung 2 und Biegeform 3 wird direkt anschließend an den gerade im Auftreffbereich 12 gebogenen Abschnitt 11 des stangenförmigen Materials 1 weiteres stangenförmiges Material 1 gebogen und das zugeführte stangenförmige Material 1 so sukzessive und inkrementell umgeformt. Entspricht nun die Geometrie der nut- oder rillenförmigen Vertiefung 9 der gewünschten Geometrie des geboge- nen stangenförmigen Materials 1 ', so entsteht durch das Abfahren der nut- oder rillenförmigen Vertiefung 9 mit dem stangenförmigen Material 1 letztlich das gewünschte Werkstück, wobei das Abfahren der nut- oder rillenförmigen Vertiefung 9 durch den Vorschub des stangenförmigen Materials 1 in Vorschubrichtung 5 und die gleichzeitige Relativbewegung zwischen Führungseinrichtung 2 und Biegeform 3 definiert wird.
Die sich in der Umformzone 11 überlagernden Normalspannungen 7 und die Biegespannungen 8 führen zu der lokalen gewünschten Umformung des stangenförmigen Materials 1 in das umgeformte stangenförmige Material V. Eine Erleichterung der Umformung des stangenförmigen Materials 1 lässt sich auch dadurch erreichen, dass der Anfangsbereich 27 des stangenförmigen Materials 1 durch einen Niederhalter 10 in der nut- oder rillenförmigen Vertiefung 9 festgehalten wird.
Mit dieser inkrementellen Vorgehensweise lässt sich wie auch schon zu der Figur 1a beschrieben durch aufeinander folgende, quasi sukzessive und insgesamt inkremen- telle Umformung jeweils kleiner Abschnitte 11 des stangenförmigen Materials 1 die gewünschte Geometrie eines Biegeteils bei nur geringer Vorbereitung der Biegeform 3 aus stangenförmigem Material 1 herstellen, wodurch sich das Verfahren insbesondere auch für kleine zu fertigende Stückzahlen derartiger Biegeteile eignet, die hohe Werkzeugkosten nicht rechtfertigen würden.
In der Figur 2a ist eine modifizierte Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Figur 1 b mit zusätzlicher Aufbringung einer Torsionsbelastung 14 auf das stangenförmige Material 1 dargestellt. Diese zusätzliche Torsionsbelastung 14 in Verdrehrichtung 13 wird beispielsweise über eine mit der Vorschubeinrichtung 4 zusammen wirkende, nicht weiter dargestellte Verdreheinrichtung auf das stangenförmige Material 1 aufgebracht und führt zu weiteren Spannungen in Form von Schubspannungen 15 entlang der freien Länge des stangenförmigen Materials 1. Derartige Schubspannungen 15 können dazu genutzt werden, die Umformung des stangenförmigen Materials 1 in der Umformzone 11 weiter günstig zu beeinflussen, da diese Schubspannungen 15 zu einem gezielten und gerichteten früheren Fließen des stangenförmigen Materials 1 in der Umformzone 11 beitragen. Vereinfachend gesprochen wird durch die Schubspannungen 15 die Umformung insgesamt verbessert. Besonders deutlich wird dieser positive Einfluss von Schubspannungen 15 aufgrund einer Verdrehung des stangenförmigen Materials 1 aus den Figuren 2b sowie 3a und 3b, die jeweils in einer Draufsicht eine Umformung des stangenförmigen Materials 1 zu einer entfernt an eine Brille erinnernden ebenen Kontur darstellen. Entsprechend dieser brillenartigen ebenen. Kontur ist in die Biegeform 3 eine ebenfalls brillenartige nut- oder rillenförmigen Vertiefung 9 in die Biegeform 3 eingearbeitet, in die das umgeformte stangenförmige Material X wie vorstehend beschrieben eingelegt wird. Wird nun das stangenförmige Material 1 entlang der Bewegungsrichtung 16 quasi ums Eck herum umgeformt, so kann gerade die in dieser Drehrichtung 13 gerichtete Torsionsbelastung 14 des stangenförmigen Materials 1 die Biegeumformung in der Umformzone 11 günstig beeinflussen und das jeweils lokal umgeformte stangenförmige Material 1 biegt sich bildlich gesprochen williger um die Ecke herum. Dies trägt dazu bei, dass aufgrund derartiger überlagerter Spannungszustände in der lokalen Umformzone 1 1 des stangenförmigen Materials 1 auch enge Biegungen einfach und reproduzierbar ausgeführt werden können, auch ohne dass es zu großen Rückfederungen des umgeformten stangenförmigen Materials 1 kommt. In den Figuren 3a und 3b ist die in der Figur 2b schon dargestellte Umformung noch einmal in zwei Stadien, einmal kurz vor der Ecke (Figur 3a) und einmal in der Ecke (Figur 3b) mit zusätzlich aufgebrachter Torsionsbelastung 14 dargestellt.
Die Figur 4 zeigt eine modifizierte Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Figur 1b mit zusätzlicher Erhitzung des stangenförmigen Materials 1 über eine Erhitzungseinrichtung 18 hier in Form einer induktiv arbeitenden Erhitzungsspule, die kurz unterhalb der Führungseinrichtung 2 angeordnet ist und durch die das eine modifizierte Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Figur 1b mit zusätzlicher Erhitzung des stangenförmigen Materials 1 hindurch läuft. Denkbar ist neben einer induktiven Erwärmung auch eine konduktive Erwärmung, eine Erwärmung mit einer Gasflamme oder auch eine Erwärmung mittels Laser. Hierdurch bildet sich in dem stangenförmigen Material 1 ein Temperaturfeld 21 aus, dessen Ausgestaltung beispielsweise mit einem Pyrometer oder dgl. Temperaturmessgerät 17 überwacht und zur Steuerung und Regelung der Erhitzungseinrichtung 18 genutzt werden kann.
Durch die Erwärmung des stangenförmigen Materials 1 wird die Umformung in der lokalen Umformzone 11 weiter vereinfacht, da hierdurch die Fließgrenze des stan- genförmigen Materials 1 herab gesetzt und das Fließen bei der Umformung erleichtert wird.
Nach der jeweils lokalen Umformung kann das umgeformte stangenförmige Material 1 ' etwa über eine Sprühdüse 19 mit einem kühlenden Sprühnebel z.B. aus Wasser oder einem anderen Kühlmittel besprüht und das umgeformte stangenförmige Material 1 ' dadurch gekühlt oder auch vergütet werden. Hierdurch lassen sich die Materialeigenschaften des umgeformten stangenförmigen Materials 1 ' weiter wie gewünscht beeinflussen.
In der Figur 5 ist eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 1a in einem Ausschnitt dargestellt, bei der eine zusätzliche Schwenkbewegung der Führungseinrichtung 2 um eine nicht weiter dargestellte zusätzliche Schwenkachse entlang der Schwenkrichtung 22 möglich ist. Hierdurch kann das stangenförmige Material 1 relativ zu der Biegeform 3 bzw. zu der Nut oder Rille 9 in der Biegeform 3 unter einem Winkel in die Nut oder Rille 9 eingelegt werden, was insbesondere für das anfängliche Einlegen des stangenförmigen Materials 1 im Bereich des Anfangs 27 des stangenförmigen Materials 1 hilfreich ist. Hierdurch kann eine gezielte Auslenkung des aus der Führungseinrichtung 2 austretenden stangenförmigen Materials 1 erzielt werden, wodurch das in der Umformzone 11 umgeformte stangenförmige Material 1 ' gezielt in die Nut oder Rille 9 eingelegt und dann dort mit einem Niederhalter 10, der in Klemmrichtung 23 auf das umgeformte stangenförmige Material 1 ' aufgedrückt wird, gesichert werden kann. Auch kann eine derartige Schwenkung 22 um zum Beispiel eine oder auch mehrere Schwenkachsen gezielt genutzt werden, um bei dem Abfahren der Nut oder Rille 9 in der Biegeform 3 die Umformung des stangenförmigen Materials 1 in der Umformzone 11 positiv zu beeinflussen. Durch die relative Winkelanstellung des stangenförmigen Materials 1 ist schon die geometrische Ausgangslage beim Biegen des stangenförmigen Materials 1 verbessert.
In der Figur 6 ist in einer Art Stadienplan mit zwei verschiedenen Zeitpunkten eine andere Art des Starts der Biegeumformung des stangenförmigen Materials 1 in der Biegeform 3 dargestellt. Um den Anfangsbereich 27 des stangenförmigen Materials 1 in der Biegeform 3 festzulegen und von diesem Startpunkt aus dann die weitere Umformung des umgeformten stangenförmigen Materials 1 ' zu beginnen, kann in der Biegeform 3 eine passend zu dem Anfangsbereich 27 des stangenförmigen Materials 1 ausgebildete Bohrung oder Vertiefung 24 in Form einer Einstecköffnung vorgesehen sein, in die das von der Vorschubeinrichtung 4 vorgeschobene stangenförmige Material 1 durch die Vorschubbewegung in Vorschubrichtung 5 senkrecht eingesteckt wird. Sobald der Anfangsbereich 27 den Grund der Einstecköffnung 24 erreicht hat, beginnt die relative Verfahrbewegung zwischen Führungseinrichtung 2 und Biegeform 3 mit der gleichzeitigen Umformung des stangenförmigen Materials 1 in das umgeformte stangenförmige Material Y. Hierdurch wird aber der Anfangsbereich 27 beim Verfahren in der Bewegungsrichtung 16 der Führungseinrichtung 2 gehalten und somit kann sich das umgeformte stangenförmige Material 1 ' in die Nut oder Rille 9 der Biegeform 3 einlegen. Hierdurch kann die Notwendigkeit eines Niederhalters 10 umgangen werden.
In den Figuren 7a bis 7c ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem realistischeren dreidimensional gekrümmten Bauteil wiederum in Form einer Art Brille dargestellt, wobei in der Figur 7a die dreidimensional gekrümmte Biegeform 3 mit den Nuten bzw. Rillen 9 zu erkennen ist, in die das stangenförmige Material 1 bei der erfindungsgemäßen Biegeumformung eingelegt werden soll. In der Figur 7b ist dann in sehr schematischer Weise ein späterer Zeitpunkt der Umformung zu dem brillenartig gekrümmten Bauteil zu erkennen, in dem schon ein Abschnitt des umgeformten stangenförmigen Materials 1 ' in die Nut bzw. Rille 9 der Biegeform 3 zu erkennen ist, wobei das stangenförmige Material 1 aus der Führungseinrichtung 2 unterseitig austritt und wie schon vorstehend beschrieben bei der Relativbewegung zwischen Führungseinrichtung 2 und Biegeform 3 in die Nut bzw. Rille 9 abgelegt wird. In der Figur 7c ist dann zu erkennen, dass das umgeformte stangenförmige Material 1 ' an bestimmten Stellen der Biegeform 3 durch lokal wirkende Niederhalter 10 in der Nut bzw. Rille 9 gesichert wird, so dass sich die in der entlang der Nut bzw. Rille 9 wandernden Umformzone 11 wirkenden Umformungskräfte nicht auf das schon umgeformte stangenförmige Material ' etwa durch Rückstellbewegungen oder dergleichen negativ auswirken kann.
In den Figuren 8a und 8b sind schematische Beispiele für die Ausgestaltung von Bewegungsmechanismen zur Ausführung der Relativbewegung zwischen der aus der Figur 7 bekannten Biegeform 3 und der Führungseinrichtung 2 bei der Biegeumformung des stangenförmigen Materials 1 in die umgeformte Konfiguration 1 ' darge- stellt. In der Figur 8a ist hierfür als Bewegungseinrichtung 6 eine Bewegungseinrichtung mit drei Schwenkachsen 28 z.B. in Form eines einfachen Industrieroboters angedeutet. Alternativ können die Bewegungen der Führungseinrichtung 2 etwa auch durch eine dreiachsige Anordnung von Linearachsen 28 wie etwa bei einem Portalroboter ausgeführt werden. Selbstverständlich sind auch alle anderen Kombinationen von Achsanordnungen denkbar, wobei dies vor allem von der Geometrie des herzustellenden Bauteils und damit von der Geometrie der Biegeform 3 abhängt. Die Figur 8c zeigt als Alternative zur Führung des stangenförmigen Materials 1 ein Führungsblech 25 mit einem durchlaufenden Führungsschlitz 26, dessen Kontur der Kontur der Nut 9 entspricht und oberseitig der Biegeform 9 angeordnet ist. Beim Einlegen des stangenförmigen Materials 1 kann sich dieses in dem Führungsschlitz 26 abstützen und daher genauer geführt wie beschrieben in die Nut 9 einlegen.
In den Figuren 9a bis 9c sind Beispiele für unterschiedliche Möglichkeiten der AbStützung und Führung des stangenförmigen Materials 1 während der Biegeumformung dargestellt. Biegeinnenseitig angeordnete Stützrollen 29, wie in Figur 9a dargestellt, können gerade bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Vorschubeinrichtung 4 den Werkstofffluss des gebogenen stangenförmigen Materials 1 begünstigen. Die Stützrolle 29 unterstützt in dieser Anordnung gemäß Figur 9a das Anlegen des stangenförmigen Materials 1 in der Nut 9 der Biegeform 3. Neben dem Einlegen des umzuformenden stangenförmigen Materials 1 in eine Nut bzw. Rille 9 der Biegeform 3 besteht auch die Möglichkeit, das stangenförmigen Material 1 nur lokal abzustützen, wie dies in den Figuren 9b und 9c zu erkennen ist. Hierbei wird wie in der Figur 9b angedeutet eine Rolle 29, die über einen Hebel 30 an der Führungseinrichtung 2 festgelegt ist, so relativ zu der Führungseinrichtung 2 positioniert, dass sie den bei der Umformung beteiligten Bereich des Biegeform 3 ersetzen und das sich an der Rolle 9 umformende stangenförmige Material 1 abstützen kann. Dadurch erfolgt die Abstützung des sich umformenden stangenförmigen Materials 1 nur noch im Bereich des freien Endes 27 gegenüber der festen Biegeform 3, anschließend hingegen an der Rolle 29.
In der Figur 9 c ist hingegen die Biegeform 3 in verschiedene Segmente unterteilt, bevorzugt genau in den Bereichen, in denen große Formänderungen des umgeformten stangenförmigen Materials 1 hergestellt werden müssen. So kann das freie Ende 27 des stangenförmigen Materials 1 wie schon beschrieben im Bereich des Niederhalters 10 geklemmt werden und anschließend entlang der Biegelinie des stangenförmigen Materials 1 an Auflagern 31 mit passend gekrümmten Abschnitten gebogen werden. Diese Auflager 31 ersetzen oder bilden an diesen gekrümmten Bereichen des umgeformten stangenförmigen Materials 1 die Biegeform.
Eine Rolle 29 kann gemäß Figur 9a auch nicht nur zur Abstützung des stangenförmigen Materials 1 im Bereich der Umformzone 12 genutzt werden, sondern kann auch direkt zur Verbesserung der Umformung benutzt werden, indem die Rolle 29, die wiederum über einen Hebel 30 an der Führungseinrichtung 2 festgelegt ist, eine Kraftwirkung auf das stangenförmige Material 1 ausübt und dadurch das stangen- förmige Material 1 zusätzlich zu der Abstützung und quasi auf der gegenüberliegenden Seite der Biegeform 3 mit umformt. Hierdurch kann das stangenförmige Material 1 bei der Umformung zusätzlich stabilisiert werden.
Sachnummernliste
- stangenförmiges Material
- Führungseinrichtung
- Biegeform
- Vorschubeinrichtung
- Vorschubrichtung
- Bewegungsrichtung der Führungseinrichtung
- Normalspannung
- Biegespannung
- Nut oder Rille in Biegeform
- Niederhalter
- Bereich der lokalen Umformung
- bei Umformung beteiligter Bereich der Biegeform
- Richtung Torsionsbelastung
- Torsionsbelastung
- Schubspannung
- Bewegungsrichtung der Führungseinrichtung
- Temperaturmessgerät
- Induktionsspule
- Sprühdüse
- Sprühnebel
- Temperaturfeld
- Schwenkwinkel
- Klemmrichtung
- Einstecköffnung
- Führungsblech
- Führungsschlitz
- Anfangsbereich des stangenförmigen Materials
- Bewegungsachsen der Bewegungseinrichtung
- Rolle
- Hebel
- Auflager

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von gebogenen Drähten, Rohren, Profilen oder dgl. aus stangenförmigen metallischen Materialien (1), dadurch gekennzeichnet, dass das stangenförmige Material (1) in eine Führungseinrichtung (2) bewegt wird, wobei die Führungseinrichtung (2) relativ zu einer Biegeform (3) vorzugsweise dreidimensional bewegbar angeordnet und verstellbar ist, und das sich bewegende stangenförmige Material (1) nach dem Durchtreten der Führungseinrichtung (2) zwischen der relativ zu der Biegeform (3) sich bewegenden Führungseinrichtung (2) und passend geformten Abschnitten (9) der Biegeform (3) derart inkrementell fortschreitend entlang einer Biegelinie (16) passend gebogen oder umgeformt wird, dass das stangenförmige Material (1) sich in seiner gebogenen Konfiguration (1 ') zumindest abschnittweise nach und nach an die Biegeform (3) anpasst und/oder in die geforderte Werkstückgeometrie umformt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der Relativposition und der Relativbewegung zwischen Führungseinrichtung (2) und zumindest einzelnen Abschnitten (12) der Biegeform (3) eine lokale Kraftwirkung auf das aus der Führungseinrichtung (2) ausgetretene stangenförmige Material (1) erzeugt wird, die eine lokale Umformung des stangenförmigen Ma- terials (1) und in Summe eine inkrementelle Anpassung der lokalen Form des stangenförmigen Materials (1) an die gewünschte Werkstückgeometrie bewirkt.
3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das stangenförmige Material (1) über eine vorzugsweise vor der Führungseinrichtung (2) angeordnete Vorschubeinrichtung (4) in die Führungseinrichtung (2) gefördert wird.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung des stangenförmigen Materials (1) durch eine Überlagerung von Druckspannungen (7) aufgrund des Vorschubs des stangenförmigen Materials (1) oder von Zugspannungen aufgrund des Zuges an dem stangenförmigen Material (1) und/oder von Biegespannungen (8) aufgrund der lokalen Wechselwirkung zwischen stangenförmigem Material (1) und zumindest einzelnen Abschnitten (12) der Biegeform (3) erfolgt.
5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeform (3) passend zur Querschnittsform des zu biegenden stangenförmigen Materials (1) zumindest abschnittweise eine nutartige oder rillenartige Vertiefung (9) aufweist, die in ihrer Geometrie der herzustellenden Werkstückgeometrie entspricht.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die nutartige oder rillenartige Vertiefung (9) entsprechend der herzustellenden dreidimensionalen Werkstückgeometrie ebenfalls dreidimensional ausgebildet und vorzugsweise maßlich auf den Querschnitt des umgeformten stangenförmigen Materials (Γ) derart abgestimmt wird, dass die nutartige oder rillenartige Vertiefung (9) das umgeformte stangenförmige Material (1 ') aufnimmt und abstützt.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeform (3) und/oder die nutartige Vertiefung (9) abschnittsweise oder komplett aus diskrete Stützpunkte bildenden, zueinander verstellbar angeordneten Einzelelementen gebildet wird, die mit dem umzuformenden stangenförmigen Material (1) wechselwirken.
8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeform (3) aus mindestens einem passend zu der Bewegung der Führungseinrichtung (2) bewegten, punkt- oder flächenartig wirkenden Gegenhalter gebildet wird, der mit dem umzuformenden stangenförmigen Material (1) wechselwirkt.
9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Führungseinrichtung (2) und Biegeform (3) bei der Biegeumformung des stangenförmigen Materials (1) eine Relativverschiebung (16) zueinander, vorzugsweise eine Relativverschiebung in bis zu drei Raumrichtungen (6) zueinander ausführen und/oder um zumindest eine weitere Schwenkachse (22) relativ zueinander verschwenkt werden können.
10. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stangenförmige Material (1) beim Durchtreten der Führungseinrichtung (2) von der Vorschubeinrichtung (4) linear in Richtung (5) auf die Biegeform (3) vorgeschoben wird.
11. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stangenförmige Material (1) zu Beginn der Biegeumformung vorgebogen und/oder in die Biegeform (3) eingelegt wird.
12. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stangenförmige Material (1) zumindest zu Beginn der Biegeumformung und/oder an bestimmten Stellen (10) der Biegeform (3) form- und/oder kraftschlüssig in der Biegeform (3) gehaltert wird, vorzugsweise kraftschlüssig geklemmt oder formschlüssig in Aufnahmen (24) der Biegeform (3) eingesteckt wird.
13. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das umzuformende stangenförmige Material (1) eine zusätzliche Torsionsbelastung (14) aufgebracht wird, durch die zwischen Führungseinrichtung (2) und Biegeform (3) eine weitere Umformungsbelastung, vorzugsweise in Form von Schubspannungen (15) auf das stangenförmige Material (1) auf- gebracht wird, wodurch vorzugsweise die Rückfederung des umgeformten stangenförmigen Materials (1) minimiert wird.
14. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stangenförmige Material (1) vor der Biegeumformung zur Beeinflussung der Streckgrenze des stangenförmigen Materials (1) erhitzt wird, um die Biegeumformung zu erleichtern.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung des stangenförmigen Materials (1) durch eine Erwärmungseinrichtung (18) abhängig vom jeweiligen umzuformenden Abschnitt (11) des stangenförmigen Materials (1) und des umgeformten Werkstücks mit unterschiedlichem Temperaturprofil (15) erfolgt.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung konduktiv und/oder induktiv und/oder durch Gasheizung und/oder mittels Laserstrahl erfolgt.
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (2) während der Umformung des stangenförmigen Materials (1) gekühlt (19) und/oder das gebogene stangenförmige Material (1) nach dem Biegen in der Biegeform (3) gekühlt und/oder vergütet wird.
18. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verarbeitung von rohrförmigem stangenförmigen Material (1) ein Stützdorn bei der Umformung des stangenförmigen Materials (1) verwendet wird.
19. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nutartige Vertiefung (9) abschnittsweise oder durchgehend als spanend hergestellte, vorzugsweise gefräste Nut (9) ausgebildet ist, vorzugsweise auf derselben Maschine, vorzugsweise in derselben Aufspannung hergestellt wird, auf der auch die Biegeumformung des stangenförmigen Materials (1) erfolgt.
20. Vorrichtung zur Herstellung von gebogenen Drähten, Rohren, Profilen oder dgl. aus stangenförmigen metallischen Materialien (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Führungseinrichtung (2) aufweist, wobei die Führungseinrichtung (2) relativ zu einer Biegeform (3) vorzugsweise dreidimensional bewegbar angeordnet und verstellbar ist und das stangenförmige Material (1 ) laufend in Richtung auf die Biegeform (3) derart bewegbar ist, dass das stangenförmige Material (1 ) zwischen der Biegeform (3) und der sich relativ zur Biegeform (3) bewegenden Führungseinrichtung (2) inkrementell fortschreitend entlang seiner Biegelinie (16) jeweils lokal derart gebogen oder umgeformt wird, dass das stangenförmige Material (1 ) sich in seiner gebogenen Konfiguration zumindest abschnittweise nach und nach an die Biegeform (3) anpasst und/oder in die geforderte Werkstückgeometrie umformt.
21. Vorrichtung gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine vorzugsweise vor der Führungseinrichtung angeordnete Vorschubeinrichtung (4) aufweist, die das stangenförmige Material (1) laufend in Richtung auf die Biegeform (3) derart vorschiebt.
22. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeform (3) passend zur Querschnittsform des zu biegenden stangenförmigen Materials (1 ) zumindest abschnittweise eine nutartige oder rillenartige, vorzugsweise spanend hergestellte, vorzugsweise gefräste Vertiefung (9) aufweist, die der herzustellenden Werkstückgeometrie entspricht.
23. Vorrichtung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die nutartige oder rillenartige Vertiefung (9) entsprechend der geforderten dreidimensionalen Werkstückgeometrie ebenfalls dreidimensional ausgebildet und/oder maßlich auf den Querschnitt des umgeformten stangenförmigen Materials (1 ) derart abgestimmt ist, dass die nutartige oder rillenartige Vertiefung (9) das umgeformte stangenförmige Material (1 ) aufnimmt und abstützt.
24. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeform (3) und/oder die nutartige Vertiefung (9) abschnitts- weise oder durchgehend aus diskrete Stützpunkte bildenden, zueinander verstellbar angeordneten Einzelelementen gebildet ist, die mit dem sich umformenden stangenförmigen Material (1) wechselwirken.
25. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeform (3) aus einem passend zu der Bewegung der Führungseinrichtung (2) bewegten, punkt- oder flächenartig wirkenden Gegenhalter (29, 31 ) gebildet ist, der mit dem sich umformenden stangenförmigen Material (1 ) wechselwirkt.
26. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass Führungseinrichtung (2) und Biegeform (3) derart zueinander verstellbar sind, dass sie bei der Biegeumformung des stangenförmigen Materials (1 ) eine Relativverschiebung zueinander, vorzugsweise eine Relativverschiebung in bis zu drei Raumrichtungen (6) zueinander ausführen und/oder um zumindest eine weitere Schwenkachse (22) relativ zueinander verschwenkbar sind.
27. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Biegeform (3) die umgeformte Geometrie des stangenförmigen Materials (1 ) klemmende Niederhalter (10) angeordnet sind.
28. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubeinrichtung (4) einen rollenartigen oder zangenartigen Vorschub aufweist.
29. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubeinrichtung (4) eine zusätzliche Torsionsbelastung (14) auf das stangenförmige Material (1) aufbringt, durch die zwischen Führungseinrichtung (2) und Biegeform (3) eine weitere Umformungsbelastung, vorzugsweise in Form von Schubspannungen (15) auf das stangenförmige Material (1) aufgebracht wird.
30. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erwärmungseinrichtung (18) das stangenförmige Material (1 ) vor der Biegeumformung zur Beeinflussung der Streckgrenze des stangenförmigen Materials (1 ) erhitzt, um die Biegeumformung zu erleichtern.
31. Vorrichtung gemäß Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungseinrichtung (18) konduktiv und/oder induktiv und/oder durch Gasheizung und/oder mittels Laserstrahl arbeitet.
32. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützdorn bei der Umformung von rohrförmigem stangenförmigem Material (1) das rohrförmige stangenförmige Material (1) innen abstützt.
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