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Walzenbiegen

Flexibleres Walzenbiegen erfordert neuartigen Regler

| Autor/ Redakteur: Bernd Engel, Fabian Kapp und Christopher Heftrich / Stéphane Itasse

Um die Herstellung von Windkraftanlagen-Türzargen zu verbessern, haben Forscher Versuche auf einer 3- beziehungsweise 4-Walzen-Biegemaschine unternommen. Dabei zeigte sich, dass die Maschinenregelung weiterentwickelt werden muss, um nur durch veränderte Maschineneinstellparameter Geometrien mit variierendem Radius zu fertigen und Chargenschwankungen auszugleichen.

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Bild 1: Um nur durch veränderte Maschineneinstellparameter Geometrien mit variierendem Radius fertigen und Chargenschwankungen ausgleichen zu können, benötigen Walzen-Biegemaschinen eine weiterentwickelte Regelung.
Bild 1: Um nur durch veränderte Maschineneinstellparameter Geometrien mit variierendem Radius fertigen und Chargenschwankungen ausgleichen zu können, benötigen Walzen-Biegemaschinen eine weiterentwickelte Regelung.
( Bild: Gräbener Maschinentechnik )

Eine 3- beziehungsweise 4-Walzen-Biegemaschine bietet die Möglichkeit, den Krümmungsverlauf innerhalb des Profilstreifens der Türzarge im Prozess anzupassen. Dabei ist das Bauteilhandling einfach, das Prozess-Know-how liegt in der Anlagensteuerung vor. Es handelt sich allerdings nicht um das Walzrunden nach der Definition aus der Norm [1], sondern um das freie Biegen, das die beliebige Werkstückform bedingt. Ziel ist eine flexible und konturgenaue Fertigung sowie ein werkzeugloser Umformvorgang ohne Vorwärmung. Die Geometrie wird nur durch Variation der Prozessdaten mittels Veränderung der Maschineneinstellparameter erzeugt.

Türzargen lassen sich gut mit Walzen-Biegemaschinen fertigen

Diese Forschungsarbeit bezieht sich auf die Herstellung einer elliptischen Türzargengeometrie, da sie mathematisch kontinuierlich beschrieben werden kann. Eine Türzarge besteht in der Regel aus zwei Teilen, die aus zwei Vierteln einer elliptischen Form und einer dazwischen liegenden Geraden zusammengesetzt sind. An den Stoßstellen werden diese verschweißt (Bild 2). Eine solche Hälfte der Türzarge lässt sich sehr gut mit einer Walzen-Biegemaschine fertigen.

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Der Prozess beim freien Biegen in der Walzen-Biegemaschine läuft wie folgt ab: Das zu formende Material, ein streifenförmiges Blech, wird zu Prozessbeginn zwischen der Oberwalze (OW) und der Unterwalze (UW) geklemmt (Bild 3a). Der Umformvorgang beginnt mit dem kleinsten Krümmungsradius der Ellipse. Entsprechend wird die Seitenwalze (SW) zugestellt (Bild 3b).

Unterwalze kann nur in vertikaler Richtung verfahren

Die Verfahrbewegung der Unterwalze kann nur in vertikaler Richtung ausgeführt werden, die der Seitenwalze nur in einem festen Winkel von 30° zur Schnittgeraden der Ober- und Unterwalze. Aufgrund dieser Anordnung kann geometrisch mithilfe der Achspositionen und der Blechdicke bestimmt werden, welcher Radien- beziehungsweise Krümmungsverlauf sich bei gegebener Seitenwalzenposition einstellt.

Bei der Zustellung der Seitenwalze ist zu berücksichtigen, dass sich die Biegelinie verkürzt, da der Kraftangriffspunkt (Bild 3, Punkt 1) auf der Blechkontur in Richtung Klemmung läuft. Nur durch das Drehmoment der Oberwalze wird der Blechstreifen über die Reibkraft zwischen Blech und Walze (Bild 3, Punkt 2) inkrementell durch die Anlage gefördert. Während dieser Vorschubbewegung wird die Zustellung der Seitenwalze in Abhängigkeit vom vorgegebenen Krümmungsradius (Bild 3, Punkt 2) in der Ellipse angepasst. Die Oberwalze ist in ihrer vertikalen Position fixiert, die Unterwalze erzeugt die Anpresskraft auf das Blech.

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