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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Biegemaschine für Blechtafeln
(im weiteren auch Bleche genannt), vorzugsweise zur Herstellung
von – ggf. auch mehrlagigen – Rohren, besonders
bevorzugterweise von Stahlrohren mit großen Wanddicken.
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Die
Herstellung von Rohren, vorzugsweise Stahlrohren, kann nach verschiedenen
Verfahren nach dem Stand der Technik erfolgen.
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So
kann dies etwa nach dem Zwei-Walzenbiegeverfahren (auch Runden genannt;
vgl. etwa zu diesem Verfahren
EP
1 197 272 ) auf einer Zweiwalzen-Biegemaschine (auch Zweiwalzen-Rundmaschine
genannt) geschehen, wo die Oberfläche einer der Walzen
druckelastisch ausgestaltet ist, so daß sich infolge in
dem druckelastischen Material ein eingedrückter Bereich
bildet, in welchem eine Verformung des Bleches um die gegenüberliegende
druckstarre Walze erfolgt.
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Die
Rohrherstellung kann aber auch nach dem klassischen Dreiwalzen-Biegeverfahren
(auch Runden genannt) in einer Dreiwalzen-Biegemaschine (auch Dreiwalzen-Rundmaschine
genannt) mit entsprechender Walzenanordnung geschehen (vgl. hierzu
und insbesondere zu der entsprechenden Walzenanordnung dieser Maschinen
etwa Mathée, Gerhard, Lueger Lexikon der Technik,
Bd. 9, Lexikon der Fertigungstechnik und Arbeitsmaschinen, L-Z,
S. 212, re. Sp. unten zu dem Stichwort „Runden" bis S. 213,
li. Sp. oben). Bei der Dreiwalzen-Biegemaschine werden
dabei, wie der Name schon sagt, drei Walzen verwendet und zwar üblicherweise
eine Oberwalze und zwei Unterwalzen, zwischen denen das Blech gerundet,
d. h. zum Rohr geformt wird. Die Zustellung der Walzen, d. h. ihre
Relativposition – insbesondere ihre vertikale und/oder
horizontale Position – zueinander definiert dabei den Radius
des zu formenden Rohres.
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Im
Zusammenhang mit den vorgenannten Verfahren und Maschinen sei erwähnt,
daß die betreffenden Rundmaschinen oder Biegemaschinen gelegentlich
auch etwas allgemeiner als Biegewalzen bezeichnet werden.
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Bei
diesen Verfahren bleibt prinzipbedingt beinahe immer – jedenfalls
im Falle dickerer Bleche – nach dem Biegen (auch Runden
oder Walzen genannt) ein unverformter Bereich entlang der Längskanten
des Bleches übrig. Dieser Bereich erstreckt sich in der
Regel über mehrere hundert Millimeter von den beiden Blechkanten
in Umfangsrichtung des Rohres. Zur Formung dieses Bereiches werden – abgesehen
von dem Fall, daß eine Endformung in der Biegewalze selbst,
etwa aufgrund nur geringer Blechdicke, allein möglich ist – zumeist
so genannte Anbiegemaschinen verwendet, die in der Regel nachfolgend
zur Formung des Rohres auf der Biegemaschine zum Einsatz kommen.
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In
diesem Fertigungsprozeß werden etwa Rollengesenke verwendet.
Hier kommt es zur Endformung des Rohres, bei dessen Durchfahrt durch ortsfest
angebrachte Rollen, die – eine innen im noch nicht geschlossenen
Schlitzrohr (noch nicht geschlossener Rohrvorläufer) und
eine außen am Schlitzrohr laufend – durch ihre
gezielt gestaltete Kontur die Anbiegung bewirken. Die Innenrolle
wird mit einem Schwert durch die noch offene Längsnaht des
zukünftigen Rohres gegen dessen Innenwand und damit indirekt
gegen die als Gesenk wirkende Außenrolle gedrückt
(vgl. hierzu auch 1a–1d).
Dieses geläufige, auch Rollenanbiegeverfahren genannte
Verfahren nach dem Stand der Technik weist jedoch Probleme auf:
Die Rollengesenke passen nie exakt, da jedes Blech bezüglich Wanddicke
und Streckgrenze von den anderen Blechen und damit auch von den
theoretischen Auslegungsgrößen, nach denen die
Form der Anbiegerollen bestimmt wird, abweicht. Dadurch weicht auch der
erzeugte Biegeradius mehr oder weniger vom angestrebten Sollwert
ab, was einen erhöhten Kalibrieraufwand verursacht.
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Hinzu
tritt das Problem, daß die Auslegung der Rollenform nach
rein empirisch entstandenen Erfahrungswerten erfolgt. Eine exakte
rechnerische Auslegungsmethode ist dem Erfinder und der Anmelderin
nicht bekannt. Daher wird die Auslegung der Rollen für
höherfeste Werkstoffe wegen des nur empirisch beherrschten
Verfahrens zunehmend ungenau. Es liegen keine Erfahrungen hierfür
vor und diese können besonders bei kleinen Fertigungsstückzahlen
auch nur sehr schwer gewonnen werden. Die Folge ist eine geringe
Fertigungssicherheit beim Anbiegen mit hohem Nacharbeitsrisiko.
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Ferner
können bei diesem Verfahren Welligkeiten über
die Länge des Rohres hinweg entstehen. Infolge dessen verlaufen
die Längskanten nicht durchgängig parallel, woraus
häufig auch Störungen beim nachfolgenden Heftschweißen
entstehen können.
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Auch
können Beschädigungen an der Schweißfase
durch Reibung an den Schwertern der Oberrolle entstehen, wodurch
die präzise mechanisch gefertigte Schweißkante
ihre Gleichmäßigkeit verliert, woraus ebenfalls
häufig Störungen beim Heftschweißen entstehen
können.
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Bei
nicht 100%-ig perfekt gewalzten Rohren ist der Übergang
vom geformten Blech des Rohres in die Anbiegezone gestört,
wodurch schwer zu korrigierende Formfehler entstehen.
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Darüber
hinaus entstehen Verquetschungen am Rohrende, weshalb sich der Rohrspalt über 20–30
mm Länge stark aufweitet, weshalb in diesem Bereich viel
Handarbeit erforderlich ist.
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Schließlich
ist es bei der Verwendung eines Rollengesenkes so, daß bei
gleicher Drehgeschwindigkeit der Rollen die Umfangsgeschwindigkeit
des Rollenmantels nämlich immer nur in einem Tangentialpunkt
der Rohrvorschubgeschwindigkeit durch das Rollengesenk entspricht.
Hierdurch kann es an den anderen Kontaktpunkten der Rolle mit dem
Rohrmantel zum Rutschen, zum Schleppen oder ähnlichen Phänomenen,
vor allem aber zu Quetschungen der Blechkante kommen, an der die
zukünftige Längsnaht des Rohres durch Schweißen
entstehen soll. Bei stärkeren Blechen, die mit zunehmender Blechdicke
immer höhere Anpreßkräfte der Rollen gegen
das Gesenk erfordern, besteht jedoch dabei auch zunehmend die Gefahr,
daß die vorgenannten Effekte verstärkt auftreten
und zu Materialschäden, vor allem zu Unterschreitungen
der geforderten Blechdicke im Anbiegebereich führen, die
durch zusätzliche Schweißlagen ausgeglichen werden
müssen und letztlich sogar die Unbrauchbarkeit des Rohres
infolge etwa einer hierdurch eintretenden nicht mehr ausgleichbaren
Wanddickenunterschreitung zur Folge haben können. Auch
können die unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten der
Rollen zu einer örtlichen Aufrauhung der Oberfläche
führen, wodurch sich die Rißempfindlichkeit des
Rohres erhöht.
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Gleichwohl
gilt das Verfahren für mittlere und größere
Fertigungslosgrößen für Rohre aus gering- bis
mittelfesten Stählen und für Wanddicken des Rohrmantels
bis zu maximal etwa 25 mm als in der Praxis gut einsetzbar. Ingesamt
betrachtet ist die Verwendung von Rollengesenken jedoch bei anspruchsvolleren
Anforderungen an den Fertigungsprozeß bei Rohren, wie etwa
die Fertigung von dickwandigen Rohren, die Verwendung hochfester
Werkstoffe, die Fertigung klei ner Losgrößen, schon
jeweils für sich genommen, aber erst recht in Kombination
gesehen, mit erheblichen Nachteilen für die erzielbare
Produktqualität und die erzielbare Betriebsleistung verbunden.
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Eine
andere Möglichkeit zur Endformung von Rohren nach dem Stand
der Technik besteht in der Verwendung von Preßgesenken
(vgl. hierzu 2a–2d),
wo ein Stempel – wiederum vermittels eines durch den noch
offenen Spalt des noch nicht geschlossenen Schlitzrohres (also des
noch nicht geschlossenen Rohrvorläufers) ragenden Schwertes – in
ein Gesenk, das vorzugsweise selbst auch noch gegen das Rohr gedrückt
werden kann, gepreßt wird und hierbei die Blechkanten endgeformt
werden, wobei diese Formung des Rohres taktweise im Stillstand erfolgt.
Die Nachteile hierbei sind im wesentlichen die gleichen wie im Falle
der Verwendung eines Rollengesenkes, wobei die Materialquetschungen
im Blechkantenbereich nicht ganz so stark ausfallen wie bei der
Endformung mittels eines Rollengesenkes. Gleichwohl treten auch
hier, insbesondere bei dickeren Blechen nicht zu tolerierende Blech-
und damit Wanddickenunterschreitungen beim Rohr auf.
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Eine
weitere Möglichkeit zur Endformung von Rohren nach dem
Stand der Technik besteht sodann in der Verwendung von Preßgesenken
zur Vorformung statt zur Endformung (vgl. hierzu 3a–3e).
Hierbei wird ein in etwa ebenes Blech in ein Gesenk gepreßt,
wobei die Blechkanten so ganz zu Anfang des Umformungsprozesses
vorgeformt werden. Dieses vor allem bei der Formung von Rohren durch
U- und O-Pressen verwendete Verfahren kann zwar – genau
wie das Preßgesenkverfahren zur Endformung – das
Problem der Blechkantenquetschung etwas mildern, jedoch leider nicht lösen.
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Hinzu
tritt das Problem, daß alle vorgenannten Verfahren auch
in den Blechdickenbereichen, in denen sie angewendet werden können,
sehr unflexibel sind, da es sich nicht um an das jeweilig gewünschte
Endprodukt anpaßbare Freiformverfahren handelt, sondern
vielmehr jeweils zum Endprodukt passende Werkzeuge, nämlich
etwa Rollen, Preßstempel und zugehörige Gesenke
vorhanden oder eigens angefertigt werden müssen, was insbesondere kleine
Fertigungslose oftmals unwirtschaftlich macht. Will man ein großes
Produktspektrum, insbesondere Abmessungsspektrum von Rohren anbieten,
so bedarf es einer großen Anzahl von Werkzeugen, was die
Kostenvorteile einer – für sich allein gesehen – kostengünstigen
Maschine zum großen Teil wieder aufzehrt. Unabhängig
von der Frage der Wirtschaftlichkeit ergibt sich so zudem für
den Fall, daß ein Werkzeug extra angefertigt werden muß,
immer der hieraus resultierende zeitliche Nachteil.
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Als
Lösung im Stand der Technik bietet sich hier das sogenannte
Blechkantenvorbiegen an (auch Walzprofilieren genannt, vgl. 4),
welches ein Freiformverfahren darstellt, bei dem eine über
einem Tisch überstehende Blechkante mittels Rollen oder Walzen
gebogen bzw. profiliert werden.
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Hierbei
handelt es sich zwar um ein Freiformverfahren, welches in der Regel
vorformend eingesetzt wird und keines vorgefertigten Werkzeuges
bedarf, gleichwohl entstehen auch hier bei dickeren Blechen die
nachteiligen Verquetschungen im Bereich der Blechkante. Zudem ist
das Verfahren nur mehrschrittig durchführbar, da nur schmale
Biegezonen in einem Rollendurchlauf erzielbar sind, was zeitraubend
und daher kostenintensiv ist. Schließlich ist auch der
Anbiegebereich mit ca. max. 150 mm Anbiegelänge bei dieser
Vorgehensweise doch sehr begrenzt.
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Aus
dem Stand der Technik, der Patentschrift
CH 688 437 angemeldet am 12.04.2004,
ist weiterhin ein Freiformverfahren bekannt, welches zum Zylindrisch-Biegen
einer Platte verwendet werden kann, wobei in diesem Verfahren die
Umformmaschine das Blech mit Hilfe von einer gestützten
Oberwalze und zwei ebenfalls durch Stützrollen gestützten
Unterwalzen zu einem vollständigen Rohr formen soll. Dese Verfahren
ist allerdings auf Bleche mit einer maximalen Wandstärke
von 35 mm beschränkt. Außerdem stoßen
die Bleche mit ihren Kanten während des Formungsprozesse
an ein dünnes Schild an, welches an dem Maschinengerüst
der Umformmaschine angebracht ist und das Stützrollenpaar,
welches die Oberwalze stützt, hält, um so die
Formung eines vollständigen Rohres zu erlauben. Zur Anrundung
dickwandiger Bleche ist diese Maschine nicht geeignet.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung zur Freiformung von Blechen anzugeben,
die das Problem der Blechkantenverquetschungen vermeidet und auch
dickwandige Blechtafeln anrunden kann.
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Gelöst
wird dies durch eine Biegemaschine für Blechtafeln mit
einem Maschinengerüst, das eine Walzenanordnung mit im
Maschinengerüst drehbar gelagerten Walzen zum Anrunden
der Blechtafel vermittels zumindest jeweils einer Ober- und Unterwalze aufweist,
die die Lagerung der Oberwalze oder Oberwalzen und die Lagerung
der Unterwalze oder Unterwalzen über die Längserstreckung
der jeweiligen Walze gesehen zumindest in einem gemeinsamen Bereich
von Oberwalze oder Oberwalzen und Unterwalze oder Unterwalzen ausgeführt
ist, wobei das Maschinengerüst der Biegemaschine im Arbeits-
und Einschubbereich der Blechtafel im Querschnitt zu den Walzen
gesehen in etwa C-förmig ausgestaltet ist und die erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet ist, dass der Innenraum so begrenzt ist, dass dass
der offene Arbeitsbereich für die anzurundende Blechtafel
im Inneren des ,C's' (Innenraum bzw. Innenraum des ,C's') nur ein
Anrunden des Bleches (und nicht ein vollständiges Runden
zu einem Rohr) erlaubt. Die Blechtafeln sind dabei vorzugsweise
solche aus Stahl.
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Mittels
der Lösung einer Walzenanordnung zum Anrunden, die entsprechend
einer Walzenanordnung zum vollständigen Runden von Rohren
ausgeführt ist, hier aber nur dem Anrunden des Bleches dient,
kann eine Freiformbiegung des Bleches erzielt werden, die nicht
zu Quetschungen des Bleches, insbesondere der Blechkante, führt.
Hierzu ist es aber erforderlich, die hierbei auftretenden hohen
Kräfte ausreichend abzufangen, damit die Walzen nicht zu stark
durchbiegen. Dies wird dadurch erreicht, daß – im
Gegensatz zu einer herkömmlichen Biegemaschine (auch Rundmaschine
oder Biegewalze genannt), in der die Walzen, insbesondere die Oberwalze,
nur an ihren Enden gelagert sind – die Lagerung der Oberwalze
oder Oberwalzen und die Lagerung der Unterwalze oder Unterwalzen über
die Längserstreckung der Oberwalze(n) und/oder Unterwalze(n)
gesehen zumindest in einem gemeinsamen Bereich von Oberwalze(n)
und Unterwalze(n) ausgeführt ist und so die Walzen in diesem
gemeinsamen Bereich von Ober- und Unterwalze(n) gegeneinander ober- und
unterwalzenseitig gelagert sind, was ein ausreichendes Einwirken
der Verformungs- bzw. Biegekräfte – auch während
der Rotation der Waken – auf das Blech in diesem Bereich
ermöglicht und hier somit auch starke Bleche gebogen und
somit auch angerundet werden können. Mit der Maschine nach
der vorliegenden Erfindung ist es somit möglich, auch dickwandige
Bleche, vorzugsweise solche mit Stärken ab oder über
25 mm, besonders bevorzugterweise solche ab oder über 40
mm Blechstärke kontinuierlich mit Walzen anzurunden, die
nur eine geringe Biegesteifigkeit aufweisen müssen und
dementsprechend auch einen geringen Durchmesser, vorzugsweise einen
solchen, der kleiner oder gleich 200 mm ist, aufweisen können.
Vorstehende Ausführungen beziehen sich dabei vorzugsweise
auf Bleche aus Stahl.
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Möglich
wird dies durch die C-förmige Ausgestaltung des Maschinengerüstes,
welches einerseits die Möglichkeit eröffnet, die
Walzen auf diese Weise gegeneinander zu lagern, also die auf die
Walzen wirkenden Kräfte abfangend zu unterstützen, und
die Kräfte so in das Maschinengerüst einzuleiten. Andererseits
erhält man durch den offenen Bereich zwischen den Enden
des ,C's' die Gelegenheit, das zu biegende Blech zur Bearbeitung
einzuschieben. Die Bearbeitung des Bleches, die bei der vorliegenden
Erfindung ja nur in einem Anrunden des Bleches und nicht etwa in
einem vollständigen Runden zu einem Rohr besteht, wird
durch den offenen Arbeitsbereich für die anzurundende Blechtafel
im Inneren des ,C's' sichergestellt. Ein vollständiges
Runden ist in dieser erfindungsgemäßen Biegemaschine
gar nicht möglich, da die Blechtafel die Wände
des C-förmig ausgestalteten Innenraumes nicht berühren
darf, um eine auch noch so leichte Quetschung der Kanten zu vermeiden.
Die in dieser Biegemaschine zu verarbeitenden und anzurundenden
Blechtafeln können aber dickwandig sein, vorzugsweise mit
solchen Stärken ab oder über 25 mm, besonders
bevorzugterweise solche ab oder über 40 mm, sein.
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Zudem
ist auch die ,C-Geometrie' des Maschinengerüsts im Einschub-
und Arbeitsbereich des Bleches hinsichtlich der abzufangenden hohen
Kräfte günstig. Die Ausgestaltung der Biegemaschine nach
der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise nämlich so
gewählt, daß die Kräfte C-förmig
um die zu verformende Blechkante herum geleitet werden. Die zum
Anrunden der dickwandigen Blechtafeln aufzuwendenden Kräfte
können so groß sein, dass die kraftaufnehmenden
Elemente vorzugsweise mit dem besonders stabilen und soliden Maschinengerüst
der Biegemaschine verbunden sein müssen.
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Anders
gesagt wird die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Anformung einer Blechtafel zu einem Rohr mit Hilfe der Biegemaschine
infolge des hierbei auftretenden Anstoßes einer Blechkante
(welchen es zu vermeiden gilt) an die Biegemaschine im etwa C-förmig
ausgestalteten Innenraum (immer) ein Teil der Blechtafel übrig
bleibt, dessen Krümmung, vorzugsweise deutlich von derjenigen
abweicht, die sich bei dem angestrebten Rohradius einstellt.
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Bei
der Formung eines Rohres aus einer Blechtafel gibt die jeweilige
Kantenlänge der Blechtafel den Rohrumfang vor. Aus dem
Rohrumfang lassen sich dann Rohrdurchmesser, Rohrradius und auch
die Krümmung berechnen. Die Krümmung der Blechtafel
in der Biegerichtung wäre bei einer Formung zu einem vollständig
in sich geschlossenen, kreisförmigen Rohr an allen Stellen
konstant und kann durch den Kehrwert des Radius (Krümmungswert)
angegeben werden. Dieser Wert (Krümmungswert) wird bei
dem Anrunden der Blechtafel möglicherweise an den Enden
der Blechtafel erreicht, liegt aber keinesfalls auf der gesamten
Blechtafel vor.
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Besonders
bevorzugterweise ist die Lagerung der Oberwalze oder Oberwalzen
und die Lagerung der Unterwalze oder Unterwalzen im wesentlichen über
die gesamte Längserstreckung der jeweiligen Walze ausgeführt,
wodurch die Maschine in ihrer gesamten Breite zur Biegung auch starker
Bleche genutzt werden kann. In diese Lagerung kann natürlich auch
die Lagerung der Ober- und Unterwalze(n) mit jeweiligen Zapfen am
Ende der jeweiligen Walze einbezogen sein.
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Hierbei
wird – im Gegensatz zu einer herkömmlichen Biegemaschine
(auch Rundmaschine oder Biegewalze genannt), in der die Walzen,
insbesondere die Oberwalze, nur an ihren Enden gelagert sind – die
Lagerung der Oberwalze oder Oberwalzen und die Lagerung der Unterwalze
oder Unterwalzen im wesentlichen über die gesamte Längserstreckung der
jeweiligen Walze mittels der Zapfen der jeweiligen Walze an ihrem
Ende und der dazwischen befindlichen Lagerung ausgeführt,
die die Walzen zwischen ihren Enden unterstützt, was einer
Durchbiegung entgegenwirkt.
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Vorzugsweise
ist die Lagerung der Oberwalze oder Oberwalzen und/oder die Lagerung
der Unterwalze oder Unterwalzen – vorzugsweise im wesentlichen über
die gesamte Längserstreckung der jeweiligen Walze – mit
Hilfe – vorzugsweise je – eines Wälzlagers,
vorzugsweise einer Stützwalze oder einer Stützrolle
ausgeführt, die vorzugsweise kürzer als die von
ihr zu stützende Walze ist und die sich vorzugsweise in
(etwa) in der Mitte der Längserstreckung der zu stützenden
Walze befindet. Vorzugsweise erfolgt die Lagerung dann, wenn sie
im wesentlichen über die gesamte Längserstreckung
der jeweiligen Walze ausgeführt ist sowohl mittels der
eigenen Zapfen der jeweilig zu stützenden Wake (etwa Ober-
oder Unterwalze[n]) und der Stützwalze und somit dann im
wesentlichen über ihre gesamte Längserstreckung.
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Auch
kann die Lagerung der Oberwalze oder Oberwalzen und/oder die Lagerung
der Unterwalze oder Unterwalzen – vorzugsweise im wesentlichen über
die gesamte Längserstreckung der jeweiligen Walze – mit
Hilfe – vorzugsweise jeweils – einer Vielzahl
von Wälzlagern, vorzugsweise Stützwalzen oder Stützrollen
ausgeführt sein, die jeweils kürzer als die von
ihnen zu stützende Walze sind und die sich in Gesamtheit
gesehen in Längserstreckung der zu stützenden
Walze verteilen. Auch hier erfolgt die Lagerung vorzugsweise dann,
wenn sie im wesentlichen über die gesamte Längserstreckung
der jeweiligen Walze ausgeführt ist sowohl mittels der
eigenen Zapfen der jeweilig zu stützenden Wake (etwa Ober- oder
Unterwalze[n]) und der Stützwalze und somit auch hier sodann
im wesentlichen über ihre gesamte Längserstreckung.
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Stützwalzen,
die sich selbst drehen oder Stützrollen, etwa Kugellager
oder Rollenlager, die auf einer festen sich nicht drehenden Achse
sitzen, sind dabei – wie vorstehend angeführt – die
bevorzugten Wälzlager, mit deren Hilfe die Lagerung der
Oberwalze oder Oberwalzen bzw. die Lagerung der Unterwalze oder
Unterwalzen erfolgt. Zwischen den Wälzlagern – vorzugsweise
zwischen einzelnen Stützwalzen oder Stützrollen – bzw.
am Ende dieser erfolgt dann die Abstützung der Wälzlager
selbst und die Einleitung der Kräfte in das Maschinengerüst über die
Vielzahl dieser Abstützstellen.
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Vorzugsweise
werden nicht weniger als 20 Wälzlager mit einer entsprechenden
Anzahl von Abstützungen am Maschinengerüst gewählt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Biegemaschine werden zur Abstützung der Oberwalze 30 und
zur Abstützung der Unterwalze 24 Stützwalzen
jeweils in zwei Reihen nebeneinander, zur Abstützung der
Oberwalze insgesamt also 60 und zur Abstützung
jeder Unterwalze 48 Stützwalzen verwendet; dies
bei einer Länge der abzustützenden Walzen [Ober-
oder Unterwalze(n), also der Arbeitswalze(n)] von etwa 12 Metern.
Da die Stützwalzen in der Regel nur langsam drehen kann bei
der Auslegung ihre statische Belastbarkeit statt ihre dynamischen
Belastbarkeit zugrunde gelegt werden, um bei gegebenem Durchmesser
der Stützwalzen möglichst viele Abstützstellen
zu erhalten Mittels Stützrollen – z. B. Kugellagern
oder Rollenlagern – auf einer starren Achse kann die Anzahl
der Stützstellen noch gesteigert werden. Eine auf die jeweilig verfügbaren
Platzverhältnisse der Maschinenkonstruktion angepaßte,
möglichst hohe Anzahl von Stützstellen ist nämlich
erstrebenswert, um so – insbesondere in Kombination mit
der ,C'-förmigen Bauweise des Maschinengerüstes – eine
möglichst gute Kraftverteilung und Krafteinleitung in das
Maschinengerüst zu erreichen.
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In
einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sind die Materialien zur Lagerung der Ober- und Unterwalzen, vorzugsweise die
Stützwalze oder die Stützwalzen oder die Stützrolle
oder Stützrollen biegesteif ausgelegt.
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Diese
Ausführungsform bewirkt, dass die Ober- und Unterwalzen
gestützt durch die beigesteifen Materialien vorzugsweise
Stützwalzen oder Stützrollen, gegeneinander entlang
ihrer gesamten Achse etwa die gleiche Kraft auf die Blechtafel ausüben.
Walzen, insbesondere Walzen lange Walzen, biegen sich unter der
Einwirkung von Druck, abhängig von dem jeweiligen Walzenmaterial,
unterschiedlich stark durch. Dies führt wiederum zu einer
nicht gleichmäßigen Ausübung des Druckes
auf die Blechtafel und so – über die Länge
gesehen – auch nicht zu einer gleichmäßigen
Formgebung. Die Biegesteifigkeit stellt den Zusammenhang zwischen
der Durchbiegung und der aufgewendeten Last entlang einer Strecke
dar. Die Biegesteifigkeit EI setzt sich zusammen aus dem Elastizitätsmodul
E des Materials und dem Flächenträgheitsmoment
I des geometrisch gegebenen Querschnitts. Je größer
die Biegesteifigkeit der Walzen, umso gleichmäßiger
erfolgt die Druckübertragung auf die gesamte Breite der Blechtafel.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das
Material so beschaffen, dass die Durchbiegung der Walzen unter der
Last des Rundungsvorganges unter 10 mm liegt. Also die Abweichung
der Längsachse der jeweiligen Walze, Ober- oder Unterwalze,
von der Ideallinie des Walzenachse nicht mehr als 10 mm beträgt.
Die Ideallinie der Walzenachse ist eine Gerade die entlang der Längsachse
im Zentrum der Walze verläuft.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist diese dadurch gekennzeichnet, dass Oberwalze oder Oberwalzen
und Unterwalze oder Unterwalzen im Maschinengerüst selbst
gelagert sind, was auch für sich genommen, insbesondere
ohne die Merkmale des Kennzeichens der hiesigen Erfindung nach Anspruch
1 eine eigenständige Erfindung darstellt, da hiernach die
bereits dargestellte Kraftumleitung in das Maschinengerüst
sichergestellt wird, was die Bearbeitung dickerer Bleche zum Anrunden
ermöglicht.
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Die
Walzenanordnung zum Anrunden der Blechtafel entspricht bei der vorliegenden
Erfindung vorzugsweise der Walzenanordnung einer Zweiwalzen-Rundmaschine
(auch Zweiwalzen-Biegemaschine oder Zweiwalzen-Biegewalze genannt)
oder einer Dreiwalzen-Rundmaschine (auch Dreiwalzen-Biegemaschine
oder Dreiwalzen-Biegewalze genannt).
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Auch
können ein oder mehrere Stellantriebe vorgesehen sein,
der oder die die Oberwalze oder die Oberwalzen einerseits und die
Unterwalze oder die Unterwalzen andererseits relativ gegeneinander
zuzustellen vermögen. Im Falle mehrerer Stellantriebe können
diese über die Längserstreckung der jeweiligen
Walze (etwa einer Arbeitswalzen) bzw. der Walzenanordnung verteilt
sein, um so auch – einzeln oder in Gruppen angesteuert – gezielt
etwaig noch verbleibenden Restdurchbiegungen der jeweiligen Walze
oder Walzenanordnung entgegenwirken zu können. Der Stellantrieb
oder die Stellantriebe können sowohl oberwalzenseitig als
auch unterwalzenseitig oder auch ober- und unterwalzenseitig angeordnet
sein und sind vorzugsweise als hydraulischer Stellantrieb, besonders
bevorzugterweise als Hydraulikzylinder ausgeführt.
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Vorzugsweise
kann der Stellantrieb oder können die Stellantriebe so
angeordnet sein, daß er oder sie die Oberwalze oder die
Oberwalzen über einen als Hebel fungierenden, drehbar gelagerten
Maschinengerüstteil relativ gegen die Unterwalze oder die
Unterwalzen oder auch die Unterwalze oder die Unterwalzen gegen
die Oberwalze oder die Oberwalzen zuzustellen vermag oder vermögen.
Durch eine solche Anordnung, die besonders bevorzugt ist, und auch
für sich genommen, insbesondere ohne die Merkmale des Kennzeichens
der hiesigen Erfindung nach Anspruch 1 eine eigenständige
Erfindung darstellt, macht sich die Biegemaschine, die hohe Kräfte zur
Anrundung des Bleches, insbesondere für das Anrunden dicker
Bleche, aufbringen muß, die so erzielte Hebelwirkung zur
Aufbringung der für den Verformungsprozeß erforderlichen
Kräfte zunutze. Insbesondere in Kombination mit einem hydraulischen Stellantrieb,
vorzugsweise einem Hydraulikzylinder als Stellantrieb, wird diese
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt.
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Insgesamt
gesehen können mit der Biegemaschine nach der vorliegenden
Erfindung die Vorteile von Rundmaschinen (auch Biegewalzen oder Walzen-Biegemaschine
genannt), also insbesondere die Möglichkeit der quetschungsfreien
Freiformbearbeitung eines Bleches auch für das Anrunden
des Bleches, insbesondere im Blechkantenbereich und insbesondere
auch für größere Blechstärken
genutzt werden. Das mit der erfindungsgemäßen
Biegemaschine angerundete Blech kann dann in einer weiteren Verformungsmaschine
zum Rohr geformt werden und zwar in der Regel so, daß am
Ende des Rohrformungsprozesses keine Endformung der Blechkanten mehr
erforderlich ist, da dies bereits mit der Biegemaschine im Wege
der die Blechkanten anrundenden Vorformung erfolgt ist.
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Im
folgenden werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigen:
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1a–1d eine
Rollgesenkvorrichtung zur Nachformung nach dem Stand der Technik
mit einer halbseitig dargestellten Rolle im Querschnitt in verschiedenen
Schritten eines Nachformungsverfahrens,
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2a–c
eine Preßgesenkvorrichtung zur Nachformung nach dem Stand
der Technik mit einem Preßstempel und einem halbseitig
dargestellten an einem Arm beweglich gelagerten Gesenk im Querschnitt
in verschiedenen Verfahrensschritten eines Nachformungsverfahrens,
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3a–3e eine
Preßgesenkvorrichtung zur Vorformung nach dem Stand der
Technik mit einem Preßstempel und einem festen Gesenk im
Querschnitt in verschiedenen Verfahrensschritten eines Vorformungsverfahrens,
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4 eine
Vorrichtung zur Walzprofilierung von Blechkanten im Freiformverfahren
im Querschnitt,
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5 eine
perspektivische Übersichtsdarstellung einer bevorzugten
Ausführungsform einer Biegemaschine nach der vorliegenden
Erfindung,
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6 eine
Frontansicht der erfindungsgemäßen Biegemaschine
nach 5,
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7 einen
Querschnitt der erfindungsgemäßen Biegemaschine
nach 5 und 6 entlang der Achse L-L aus 6,
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8 eine
Seitenansicht der erfindungsgemäßen Biegemaschine
nach 5 und 6,
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9 einen
Querschnitt der erfindungsgemäßen Biegemaschine
nach 5 und 6 entlang der Achse K-K aus 6
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10 eine Übersichtsdarstellung
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Biegemaschine
nach der vorliegenden Erfindung im Querschnitt,
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11 eine
Ausführungsform einer Lagerung – hier der Oberwalze – nach
der vorliegenden Erfindung,
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12 eine
besonders bevorzugte Ausführungsform einer Lagerung – hier
der Oberwalze – nach der vorliegenden Erfindung, und
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13 eine
weitere bevorzugte Ausführungsform einer Lagerung – hier
der Oberwalze – nach der vorliegenden Erfindung.
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1a–1d zeigen
eine Rollengesenkvorrichtung zur Nachformung nach dem Stand der Technik
mit einer halbseitig dargestellten Rolle 1 im Querschnitt
in verschiedenen Schritten eines Nachformungsverfahrens.
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Bei
diesem Endformungsverfahren beginnt die Formung am Übergang
vom gebogenen zum nicht-gebogenen Bereich des Bleches und setzt
sich fort in Richtung der Blechkante 2. Hierbei kann eine ungewollte
Quetschung an der Blechkante 2 erzeugt werden. Dieser Effekt
tritt um so weniger auf, je dünner das Blech zur Formung
des Rohres 3 ist, da in diesem Fall die Verformungskräfte
kleiner sind, und tritt um so mehr störend in Erscheinung,
je mehr die Wanddicke des Rohres 3 zunimmt.
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Die
Endformung des Rohres 3 erfolgt bei dessen Durchfahrt durch
ortsfest angebrachte Rollen 1 (hier nur halbseitig zu sehen)
und das entsprechende zugehörige Rollengesenk 4 als
Gegenstück hierzu, wobei die Rollen 1 mit einem
Schwert 5 durch die noch offene Längsnaht 6 des
zukünftigen Rohres (Schlitzrohres) 3 gegen das
Gesenk 4 gedrückt werden. Dieser geläufige,
auch Rollenanbiegeverfahren genannte Verformungsprozeß nach
dem Stand der Technik weist jedoch Probleme auf: Bei gleicher Drehgeschwindigkeit
der Rollen 1 entspricht die Umfangsgeschwindigkeit des
Rollenmantels nämlich immer nur in einem Tangentialpunkt
der Rohrvorschubgeschwindigkeit durch das Rollengesenk 4.
Hierdurch kann es an den anderen Kontaktpunkten der Rolle 1 mit
dem Rohrmantel zum Rutschen, zum Schleppen oder ähnlichen
Phänomenen, vor allem aber zu Quetschungen in Richtung
der Blechkante 2 kommen, die die zukünftige Längsnaht
des Rohres 3 bilden soll.
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Bei
stärkeren Blechen, die mit zunehmender Blechdicke immer
höhere Anpreßkräfte der Rollen 1 gegen
das Gesenk 4 erfordern, besteht dabei nun zunehmend die
Gefahr, daß die vorgenannten Effekte – insbesondere
die Quetschungen des Bleches an der Blechkante 2 – verstärkt
auftreten und zu Materialschäden, vor allem zu Unterschreitungen
der geforderten Blechdicke führen, die letztlich sogar
die Unbrauchbarkeit des zu formenden Rohres 3 infolge etwa
einer hierdurch eintretenden Wanddickenunterschreitung zur Folge
haben können.
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2a–c
zeigen eine Preßgesenkvorrichtung zur Nachformung nach
dem Stand der Technik mit einem Preßstempel 8 und
einem an einem Arm 7 beweglich gelagerten Gesenk 4 im
Querschnitt (hier nur halbseitig auf der linken Seite – in
Blickrichtung gesehen – dargestellt) in verschiedenen Verfahrensschritten
eines Nachformungsverfahrens. Hier erfolgt die Formung des (zukünftigen)
Rohres 3 taktweise im Stillstand. Die bereits erwähnten
Quetschprobleme an der Blechkante 2 werden hier zwar etwas
abgemildert, lassen sich aber dennoch nicht verhindern.
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3a–3e zeigen
eine Preßgesenkvorrichtung zur Vorformung nach dem Stand
der Technik mit einem Preßstempel 8 und einem
festen Gesenk 4 im Querschnitt in verschiedenen Verfahrensschritten eines
Vorformungsverfahrens. Dabei wird das das zukünftige Rohr
bildende Blech 3 in noch etwa ebenem Zustand mittels des
Preßstempels 8 in das Gesenk 4 gepreßt
und erhält so in Richtung der Blechkanten 2 eine
Abrundung. Hiernach kann das Blech dann, vorzugsweise nach dem UO-Verfahren,
zu einem Rohr endgeformt werden.
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4 zeigt
eine Vorrichtung zur Walzprofilierung von Blechkanten im Freiformverfahren
(auch Blechkantenvorbiegen genannt) im Querschnitt. Hier wird die über
einen Tisch 9 überstehende Blechkante 2 mittels
Rollen 1 oder Walzen gebogen bzw. profiliert.
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Dabei
handelt es sich zwar um ein Freiformverfahren, welches vorformend
eingesetzt werden kann, und bedarf somit keines vorgefertigten Werkzeuges.
Allerdings entstehen auch hier bei dickeren Blechen 3 die
bereits erwähnten, nachteiligen Vequetschungen im Bereich
der Blechkante 2. Auch ist das Verfahren nur mehrschrittig
durchführbar, da nur schmale Biegezonen in einem Rollendurchlauf erzielbar
sind, was zeitraubend und daher kostenintensiv ist. Zudem ist der
Anbiegebereich mit ca. max. 150 mm Anbiegelänge bei dieser
Vorgehensweise auch sehr begrenzt.
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5 zeigt
eine perspektivische Übersichtsdarstellung einer bevorzugten
Ausführungsform einer Biegemaschine 11 nach der
vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt
eine Frontansicht der erfindungsgemäßen Biegemaschine 11 nach 5 von
Seiten des Blecheinlaufes her mit Markierungen der Schnittachsen
Achse L-L und K-K, auf die in den nachfolgenden 7 und 9 noch
Bezug genommen wird.
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7 zeigt
einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Biegemaschine
nach 5 und 6 entlang der Achse L-L aus 6 und
zwar hier das ,C' nach links offen dargestellt.
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Zu
sehen ist eine Biegemaschine für Blechtafeln mit einem
Maschinengerüst 12, das eine Walzenanordnung 13 mit
im Maschinengerüst drehbar gelagerten Walzen 13o, 13ul, 13ur zum
Anrunden der Blechtafel 3 vermittels zumindest jeweils
einer Oberwalze 13o und einer – in Blickrichtung
im Querschnitt gesehen – linken Unterwalze 13ul und
einer rechten Unterwalze 13ur aufweist, wobei die Lagerung
der Oberwalze 13o und die Lagerung der Unterwalzen 13ur, 13ul im
wesentlichen über die gesamte Längserstreckung
der jeweiligen Walze 13o, 13ul, 13ur ausgeführt
ist. Vorlie gend erfolgt diese Lagerung über eine Vielzahl
von Stützwalzen 10o, 10u entlang der
zu stützenden Walze 13o, 13ul, 13ur,
die die Kräfte von der zu stützenden Walze 13o, 13ul, 13ur abnehmen
und an einer Vielzahl von Stellen in das Maschinengerüst 12 einleiten.
Hier erfolgt dies durch obere Stützwalzen 10o und
untere Stützwalzen 10u, die selbst wiederum im
Maschinengerüst 12 gelagert sind. Eine Ausführungsform
der Lagerung nach der vorliegenden Erfindung kann auch der nachfolgenden
Beschreibung in den 11,12 und 13 hier
entnommen werden.
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Im
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Biegemaschine hier entspricht die Walzenanordnung 13 zum
Anrunden der Blechtafel 3, die später das Schlitzrohr
und nach dem Verschweißen der Längskanten das
fertige Rohr bildet, der Walzenanordnung einer Dreiwalzen-Rundmaschine.
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Das
Maschinengerüst 12 der Biegemaschine ist im Arbeits-
und Einschubbereich 14 der Blechtafel 3 im Querschnitt
zu den Walzen gesehen in etwa C-förmig ausgestaltet.
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Auch
sind Stellantriebe 15 – hier Hydraulikzylinder – vorgesehen
(hier im Querschnitt nur einer zu sehen), die die Oberwalze 13o relativ
gegen die Unterwalzen 13ul, 13ur zuzustellen vermögen.
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Dabei
sind die Stellantriebe 15 so angeordnet, daß sie
die Oberwalze 13o über einen als Hebel fungierenden,
drehbar gelagerten Maschinengerüstteil 16 relativ
gegen die Unterwalzen 13ul, 13ur zuzustellen vermögen.
Die drehbare Lagerung 17 ist dabei hier mittels eines Gelenks
etwa in der Mitte der Maschine – im Querschnitt gesehen – ausgeführt.
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8 zeigt
eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Biegemaschine
nach 5 und 6. Die Verwendung der Bezugszeichen
entspricht hier derjenigen aus 7 hier das
,C' nach rechts offen dargestellt.
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9 zeigt
einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Biegemaschine 11 nach 5 und 6 entlang
der Achse K-K aus 6 hier das ,C' nach rechts offen
dargestellt.
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Auf
die Verwendung von Bezugszeichen wurde hier wegen der großen Ähnlichkeit
zu 7 weitgehend verzichtet. Lediglich einer der hier
selbst im Querschnitt – d. h. mit seinem Innenleben – zu
sehenden und als Stellantrieb dienenden Hydraulikzylinder 15 ist
bezeichnet. Die übrigen Elemente sind bereits aus den vorhergehenden
Figuren, insbesondere aus 7, bekannt.
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10 zeigt
eine Übersichtsdarstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
einer Biegemaschine nach der vorliegenden Erfindung im Querschnitt
hier das ,C' nach rechts offen dargestellt.
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Auch
hier ist eine erfindungsgemäße Biegemaschine für
Blechtafeln 3, die später das Schlitzrohr und
nach dem Verschweißen der Längskanten das fertige
Rohr bilden, mit einem Maschinengerüst 12 zu sehen,
das eine Walzenanordnung 13 mit im Maschinengerüst
drehbar gelagerten Walzen zum Anrunden der Blechtafel 3 vermittels
zumindest jeweils einer Oberwalze 13o und einer – in
Blickrichtung im Querschnitt gesehen – linken Unterwalze 13ul und
einer rechten Unterwalze 13ur aufweist, wobei die Lagerung
der Oberwalze 13o und die Lagerung der Unterwalzen 13ul, 13ur im
wesentlichen über die gesamte Längserstreckung
der jeweiligen Walze 13o, 13ul, 13ur ausgeführt
ist. Vorliegend erfolgt diese Lagerung auch bei dieser Ausführungsform
nach der vorliegenden Erfindung über Stützwalzen
und zwar obere Stützwalzen 10o und untere Stützwalzen 10u,
die selbst wiederum im Maschinengerüst 12 gelagert sind.
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Auch
hier entspricht die Walzenanordnung 13 zum Anrunden der
Blechtafel 3 (die später das Rohr bildet) der
Walzenanordnung einer Dreiwalzen-Rundmaschine.
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Ebenso
ist das Maschinengerüst 12 der Biegemaschine im
Arbeits- und Einschubbereich 14 der Blechtafel 3 im
Querschnitt zu den Walzen gesehen in etwa C-förmig ausgestaltet.
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Als
Stellantrieb 15 ist hier ebenfalls ein Hydraulikzylinder
vorgesehen und zwar ein solcher, der oberwalzenseitig angeordnet
die Oberwalze relativ gegen die Unterwalzen zuzustellen vermag.
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Auf
einen als Hebel fungierenden, drehbar gelagerten Maschinengerüstteil
wurde nach dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
hingegen verzichtet.
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Die 10 zeigt,
wie auch die 5 bis 9 die Stabilität
des Maschinengerüstes, welches zur Aufnahme der beim Anbiegeprozess
auftretenden Kräfte ausgelegt sein muss. In allen diesen
Figuren ist die Oberwalze 13o bzw. die Oberwalzen und die
Unterwalzen 13ul, 13ur über ihre Lagerung
direkt mit dem Maschinengerüste verbunden.
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11 zeigt
eine Ausführungsform einer Lagerung – hier der
Oberwalze 13o – nach der vorliegenden Erfindung.
Die Lagerung der Oberwalze 13o (hier nur beispielhaft für
eine Oberwalze gezeigt, also so auch verwendbar für mehrere
Oberwalzen oder Lagerung der Unterwalze oder Unterwalzen) erfolgt hier
erfindungsgemäß über die gesamte Längserstreckung
der jeweiligen Oberwalze 13o und zwar mit Hilfe einer Stützwalze 10o,
die kürzer als die von ihr zu stützende Oberwalze 13o ist,
und die sich hier in etwa mittig der zu stützenden Walze 13o befindet. Die
Stützwalze 10o ist selbst über ihre Zapfen 18 am jeweiligen
Walzenende vermittels Abstützungen 19 im Maschinengerüst 12 gelagert.
Die Oberwalzenlagerung über die gesamte Längserstreckung
erfolgt hier also mittels der eigenen Zapfen der Oberwalze 20 und
der Stützwalze 10o und somit im wesentlichen über
ihre gesamte Längserstreckung.
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12 zeigt
eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer Lagerung – hier
der Oberwalze 13o – nach der vorliegenden Erfindung.
Die Lagerung der Oberwalze 13o (auch hier nur beispielhaft für
eine Oberwalze gezeigt, also so auch verwendbar für mehrere
Oberwalzen oder Lagerung der Unterwalze oder Unterwalzen) erfolgt
hier erfindungsgemäß über die gesamte
Längserstreckung der jeweiligen Oberwalze 13o und
zwar mit Hilfe einer Vielzahl – hier dreißig Strück – von
Stützwalzen 10o, die hier in zwei Reihen angeordnet
und die jeweils kürzer als die von ihnen zu stützende
Oberwalze 13o sind. In Gesamtheit gesehen verteilen sich
die Stützwalzen 10o in Richtung der Längserstreckung
der zu stützenden Oberwalze 13o und leiten die
von der Oberwalze 13o abgenommenen Kräfte an einer
Vielzahl von Stellen – hier jeweils links und rechts der
jeweiligen Stützwalzen 10o – über
die Zapfen der Stützwalzen 10o und die dazugehörigen
Stützen 19 in das Maschinengerüst 12 ein.
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13 zeigt
eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Lagerung – hier
der Oberwalze 13o – nach der vorliegenden Erfindung
mittels Stützrollen statt Stützwalzen und zwar
hier vermittels Kugellagern 10o, die auf einer starren
Achse 21 angeordnet sind, welche zwischen den Kugellagern 10o vermittels
Stützen 19 am Maschinengerüst 12 befestigt
ist. Auch hier werden die von der Oberwalze 13o abgenommenen
Kräfte über die Stützen 19 in
das Maschinengerüst 12 eingeleitet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1197272 [0003]
- - CH 688437 [0020]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Mathée,
Gerhard, Lueger Lexikon der Technik, Bd. 9, Lexikon der Fertigungstechnik
und Arbeitsmaschinen, L-Z, S. 212, re. Sp. unten zu dem Stichwort „Runden"
bis S. 213, li. Sp. oben [0004]