DE4310773C2 - Vorrichtung zum freien plastischen Biegen eines Werkstücks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum freien, plastischen Biegen eines Werk­ stücks zu einer vorgeschriebenen Gestalt, bei der zwei gelagerte Werkzeuge zum Einspannen des Werkstücks nur an dessen Enden vorgesehen sind, wobei das Werk­ stück keine Werkzeugberührung im gesamten Biegeumformbereich zwischen den eingespannten Werkstückenden erfährt.

Bei einer bekannten (DE-Fortschr.-Ber. VDI-Z. Reihe 2, Nr. 18) Vorrichtung dieser Art ist das eine Werkzeug so gelagert, daß es an Führungen in zwei zueinander rechtwinkeligen Richtungen frei verschiebbar ist, und es ist das zweite Werkzeug so gelagert, daß es mittels eines Antriebs an einem Schwenkarm bewegt wird. Das Werkstück wird nur in einem Kreisbogen gebogen. Diese bekannte Vorrichtung ist in ihrer Brauchbarkeit beschränkt, weil sich mit ihr nur sehr wenige und ungenaue Varianten einer vorgeschriebenen Gestalt des fertig gebogenen Werkstücks herstel­ len lassen. Bei einer weiteren, bekannten (DIN 8586, Bild 4) Vorrichtung zum freien plastischen Biegen eines Werkstücks ist eine Lagerung der Werkzeuge nicht vorge­ sehen. Die Werkzeuge sind Zangen, die händisch gehalten sein können, wobei das Biegen völlig von Hand erfolgt.

Es ist weiterhin ein theoretisches Berechnungsmodell bekannt (DE-Zeitschrift "In­ genieur-Archiv", 60 (1990), 293-302). Dies ist ein theoretisches Berechnungsmodell zum freien, plastischen Biegen eines Werkstücks zu einer vorgeschriebenen Gestalt, bei dem zwei gelagerte Werkzeuge zum Einspannen des Werkstücks nur an dessen Enden vorgesehen sind, wobei das Werkstück keine Werkzeugberührung im gesam­ ten Biegeumformbereich zwischen den eingespannten Werkstücken erfährt, bei dem drei Werkzeugbewegungen vorgesehen sind, von denen eine erste eine Drehung, eine zweite eine Verschiebung und eine dritte ebenfalls eine Drehung ist, indem beide Werkzeuge drehbar sind und eines der Werkzeuge zusätzlich verschiebbar ist, und bei dem jede der Werkzeugbewegungen zur Erreichung der vorgeschriebenen Ge­ stalt steuerbar ist, indem zur Vorgabe der Werkzeugbewegung oder zur Vorgabe der auf die Werkzeuge wirkenden Kräfte und Momente eine Steuerung vorgesehen ist.

Es wird hier eine starrplastische Biegung, und zwar bei einem ideal plastischen Werkstück, dessen Plastifizierung allein vom Biegemoment abhängt, untersucht. Das Werkstück soll unter angemessener Steuerung an den Enden in jede beliebige Gestalt gebracht werden. Jedoch ist das Werkstück ein ideales und kein real existen­ tes Werkstück. Mit diesem theoretischen Berechnungsmodell läßt sich keine einzige Variante einer vorgeschriebenen Gestalt eines fertig gebogenen Werkstücks in indu­ strieller Fertigung herstellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der sich in industrieller Fertigung sehr viele verschiedene Varianten der vorgeschriebenen Gestalt des fertig gebogenen Werkstücks herstellen lassen. Die Erfindung besteht, diese Aufgabe lösend, in einer Vorrichtung gemäß Patentan­ spruch 1.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß sich sehr viele ver­ schiedene Varianten und genaue Varianten der vorgeschriebenen Gestalt des fertig gebogenen Werkstücks in industrieller Fertigung herstellen lassen. Z. B. lassen sich neben Kreisbögen auch spiralförmige Bögen herstellen. Aufgrund der elastisch- plastischen bzw. der elastisch-viskoplastischen Berechnung können die vorgeschrie­ benen Gestalten der Werkstücke mit hoher Maßgenauigkeit hergestellt bzw. gebo­ gen werden. Wesentlich hierfür ist,
daß mindestens drei angetriebene Werkzeugbewegungen vorgesehen sind, von denen eine erste eine Drehung, eine zweite eine Verschiebung und eine dritte eine Dre­ hung oder eine Verschiebung ist, indem wahlweise zu der vorbekannten Variante eines der Werkzeuge sowohl drehbar als auch in zwei Richtungen verschiebbar ist oder eines der Werkzeuge drehbar ist und das andere Werkzeug in zwei Richtungen verschiebbar ist;
daß für jede der Werkzeugbewegungen ein Antrieb vorgesehen ist und eine An­ steuerung der Antriebe mittels einer der Steuerung enthaltenden Steuer- und Rege­ leinheit vorgesehen ist, und
daß die Steuerung unter Berücksichtigung der geometrischen Abmessungen des Werkstücks, der vorgeschriebenen Gestalt, der gewünschten Umformgeschwindig­ keit und der elastisch-plastischen bzw. elastisch-viskoplastischen Werkstoffeigen­ schaften gegeben ist.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben, und in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zum Biegen eines Werkstücks,

Fig. 2 eine Vorrichtung zum Biegen mittels eines Stempels,

Fig. 3 eine Vorrichtung zum Biegen mittels eines Stempels,

Fig. 4 eine Vorrichtung zum Biegen mit zwei Werkzeugen,

Fig. 5 eine weitere Vorrichtung zum Biegen eines Werkstücks,

Fig. 6 eine weitere Vorrichtung zum Biegen eines Werkstücks,

Fig. 7 Kennlinien von Größen des freien, plastischen Biegens,

Fig. 8 weitere Kennlinien von Größen des freien, plastischen Biegens und

Fig. 9 bis Fig. 12 jeweils eine Vorrichtung zum Biegen eines Werkstücks.

Wenn ein schlankes Bauteil, ein Träger oder ein Blech (im folgenden als Werkstück bezeichnet) in einer Ebene allein dadurch gebogen wird, daß an seinen Enden Mo­ mente M_A, M_B und gegebenenfalls Zusatzkräfte F, H angreifen, so spricht man vom Freien Biegen (Fig. 1). Wenn dadurch - nach der elastischen Rückfederung - eine bleibende Biegung erzeugt wird, so handelt es sich um Plastisches Biegen.

DIN 8586 kennt als Verfahrensvarianten des Freien Plastischen Biegens im wesentli­ chen das Biegen mit einem Stempel nach Fig. 2 oder 3 und das querkraftfreie Biegen mit entlang des Werkstückes konstantem Biegemoment nach Fig. 4. Dabei kommt es bei der Bewegung der Werkzeuge hauptsächlich entweder auf deren Drehung in der den Zeichnungen zugrunde liegenden "Biegeebene" oder auf eine Verschiebung senkrecht zum ursprünglich meist geraden Werkstück an. Das Verfahren, das die­ ser Beschreibung zugrunde liegt, kombiniert jene Varianten und ergänzt sie durch gezielte, seitliche Werkzeugbewegungen, wobei für die einzelnen Bewegungskompo­ nenten eine vorauszuberechnende, gegenseitige Abstimmung erforderlich wird. Diese Abstimmung ist ebenfalls ein Bestandteil des vorzustellenden Verfahrens. Die Kraft wird nicht wie in Fig. 2 und 3 über einen Stempel, sondern zusammen mit den Bie­ gemomenten über die Einspannungen aufgebracht. Dadurch kann man drei Lasten unabhängig voneinander angreifen lassen (zwei Biegemomente und eine Komponente der Kraft oder ein Biegemoment und zwei Komponenten der Kraft), im Gegensatz zu den Verfahren nach Fig. 2 bis 4 mit nur einer einzigen, unabhängigen Last (Fig. 2 oder 3 mit einer unabhängigen Kraft; in Fig. 4 tritt nur ein Moment auf.).

Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze, bei welcher das durch Biegung gekrümmte Werkstück ADB wie üblich durch eine Kurve - seine Biegelinie - repräsentiert wird. In den drehbaren Lagern A und B kann neben den äußeren Momenten M_A, M_B die ebene Kräfte-Gleichgewichtsgruppe F und H angreifen. α und β bezeichnen die Neigungen der Biegelinie in A bzw. B, gemessen gegen die Verbindungslinie AB. a stellt den veränderlichen Abstand beider Lager dar.

Durch eine (gedankliche) Starrkörperdrehung kann das Gesamtsystem stets in die Position von Fig. 1 gebracht werden, wobei das Lager A ohne Beschränkung der Allgemeinheit als fest, das Lager B als in Richtung der Verbindungsgeraden AB ver­ schieblich angesehen werden darf. Gleichwertig zur Anordnung nach Fig. 1 mit zwei vorgebbaren Drehungen und einem Vorschub ist beispielsweise die Anordnung nach Fig. 5 oder 6 mit nur einer vorgebbaren Drehung (Winkel ϕ), aber zwei Vorschüben, mit denen die Abstände a₁ und a₂ eingestellt werden können. Die Winkel α, β und der Abstand a aus der Anordnung nach Fig. 1 errechnen sich aus dem Winkel ϕ und den Abständen a₁ und a₂ mit den Formeln:

Der Biegevorgang läßt sich entweder durch Vorgabe der Endmomente M_A, M_B und Endkräfte F, H oder gleichwertig auch durch Vorgabe der Endwinkel α, β und des Abstandes a oder durch eine gemischte Vorgabe dieser Größen steuern.

Plastische Umformungen durch Freies Biegen gehören zum handwerklichen Alltag. Es bestehen nämlich zwei für viele Zwecke wichtige Vorteile: Da außer in den Lagern A und B keine Werkzeuge angreifen, wird die Oberfläche des Werkstücks geschont. Und da keine speziellen Formwerkzeuge erforderlich sind, ist der Vorgang billig, mit handwerklicher Standardausrüstung durchzuführen und leicht an die jeweiligen Verhältnisse (Querschnittsform des Werkstücks, gewünschte Gestalt der Biegelinie) anpaßbar.

Als eigenständiges, industrielles Fertigungsverfahren hat sich das Freie Biegen den­ noch nicht durchgesetzt, u. a., weil mit den Verfahren nach Fig. 2 und 3 nur eine einzige, etwa hyperbolische Gestalt der Biegelinie erzielbar ist, während das quer­ kraftfreie Biegen nach Fig. 4 hauptsächlich eine kreisförmige Gestalt erzeugt, die aufgrund der statischen Steuerung (Vorgabe des Biegemoments) zusammen mit den Schwankungen der Werkstoffdaten nicht genau vorherbestimmbar ist.

Insbesondere beziehen sich die deutschen Patente DE 40 15 117 A1 und DE 25 46 695 C3 auch nicht eigentlich auf Freies Biegen, obschon dort der Vorgang zumindest teilweise von den Werkstückenden her gesteuert wird. Beim Patent DE 40 15 117 A1 findet die Umformung zum großen Teil im Umlenkstück statt (also bei Kontakt von Werkstück und Werkzeug), während beim Freien Biegen das Werkstück ebenso an den von der Einspannung entfernten Stellen, wo es wirklich frei liegt, verformt wird. Beim Patent DE 25 46 695 C3 wird zwingend eine Heizeinrichtung benötigt, und nur an der erwärmten Stelle des Werkstücks wird gebogen, während das hier beschriebene Verfahren sowohl mit als auch ohne zusätzliche Heizeinrichtung funktioniert. Bei den beiden erwähnten Patenten ist die Lage der Umformzone (des "Fließgelenks" D) gegenüber den Werkzeugen fest; bei uns wandert das Fließgelenk D beispielsweise von einer Einspannung zur anderen. Dadurch ist es nicht mehr erforderlich, wie bei den erwähnten Patenten, eine Führungseinrichtung für das Werkstück zwingend vorzusehen, durch die es während des Umformvorganges geschoben bzw. gezogen wird, sondern das Werkstück kann an den Enden fest eingespannt werden, so daß die Werkstückoberfläche während des ganzen Biegevorganges wirklich frei bleibt.

Das führt zu wesentlichen Vorteilen bei der Verwendung von Werkstücken mit einer empfindlichen Oberfläche (z. B. Werkstücke mit Oberflächenbeschichtung), die durch eine Werkzeugberührung beeinträchtigt oder zerstört werden würde, ferner bei der Verwendung von Werkstücken mit komplizierter Querschnittsform, bei denen die Herstellung einer entsprechenden Führungseinrichtung schwierig oder aufwendig ist, oder bei der Verwendung von Werkstücken mit leicht verformbarem Querschnitt, der bei Beanspruchung durch die Führungseinrichtung unerwünscht geändert wird.

Grundlage der vorliegenden Patentanmeldung ist der den Anmeldern gelungene, theo­ retische und experimentelle Nachweis, daß sich in der Tat durch geeignete Steuerung allein von den Werkstückenden A, B her nahezu jede einsinnig gekrümmte Biegeli­ nie maßgenau herstellen und die Art der erforderlichen Steuerung vorausberechnen läßt. Die von H. Lippmann veröffentlichte Analysis (Lippmann, H.: "Free rigid/plastic plane bending of a slender beam. Ing.-Arch.", 60 (1990), 293-302) reicht allerdings nicht aus, da sie sich auf starrplastische Umformung (ohne überlagerten, elastischen Anteil) bezieht, während gerade beim Biegen in der Regel mit einer zum Teil er­ heblichen, elastischen Rückfederung zu rechnen ist, die durch geeignete Steuerung des Vorganges kompensiert werden muß. Diese Prozeßsteuerung, mit der erst maß­ genaues, Freies Plastisches Biegen möglich wird, gelingt dann entweder aufgrund vorab elastisch-plastisch zu berechnender Kennlinien oder durch eine gleichzeitige Berechnung während des Vorganges selbst; man muß dem Computer die gewünschte Gestalt der Biegelinie nebst den Materialdaten und den geometrischen Abmessungen des Werkstücks eingeben. Fig. 7 zeigt als Beispiel Nr. 1 die Kennlinien β = β(α), a = a(α) (1) (bezogen auf den Anfangsabstand a₀, bei dem das Werkstück noch un­ gekrümmt ist) für ein nur in der Mitte scharf zu biegendes (abzuwinkelndes) Blech aus idealplastischem, d. h. nicht verfestigendem Material, wie es oft für Orientie­ rungsbetrachtungen zugrunde gelegt wird. Man erkennt hier α = β; die nahezu punktweise Umformung vollzieht sich in einem stationären Fließgelenk D (Fig. 1), hier mittig zwischen den Werkzeugen in A und B, das aber im Gegensatz zu den oben erwähnten, deutschen Patenten DE 40 15 117 A1 und DE 25 46 695 C3 nicht durch besondere Vorrichtungen oder durch eine lokale Erwärmung des Werkstücks fixiert werden muß. Wichtig ist die Steuerung des Lagerabstandes a = a(α) gemäß Kurve 1 (Fig. 7). Gibt man ihn nämlich geändert in Form der Kennlinie (2) vor (Fig. 7), so entsteht trotz α = β eine ganz andere Biegelinie: Der homogen ohne die Mitwirkung eines Fließgelenkes gebogene Kreis.

Neben dieser homogenen Kreisbiegung gibt es, als Beispiel Nr. 2, unter sonst glei­ chen Voraussetzungen auch eine inhomogene, durch ein von A nach B (oder um­ gekehrt) wanderndes Fließgelenk D erzeugte Kreisbiegung mit den jetzt vom er­ strebten Krümmungsradius r abhängigen Kennlinien gemäß Fig. 8. Hierbei findet die Umformung allein am jeweiligen sich verändernden Ort von D statt, ohne daß dies, im Gegensatz zu den deutschen Patenten DE 40 15 117 A1 und DE 25 46 695 C3 durch äußere Vorrichtungen (Umlenkstück oder stationäre Heizvorrichtung) erzwungen werden müßte. Der Bereich AD (Fig. 1) wird dabei vom weiterwandern­ den Fließgelenk bleibend gebogen hinterlassen, während der Bereich DB noch gar nicht plastisch (sondern nur zeitweise elastisch) umgeformt ist und sich erst später während des Überstreichens durch D plastisch krümmt.

Außer beim Kreis gibt es bei allen anderen durch Freies Biegen erzeugbaren Biegeli­ nien nur die inhomogene Umformung durch ein wanderndes Fließgelenk, das sich im Falle verfestigender Werkstücke zu einer plastischen Zone begrenzter Länge auswei­ tet. Bei einem Werkstück, dessen Materialkenngrößen nur oder zusätzlich auch von der Biegegeschwindigkeit abhängen (Viskoplastizität), erstreckt sich die plastische Umformzone unter Umständen über die ganze Länge, doch ergeben sich von Ort zu Ort wechselnde Krümmungsgeschwindigkeiten, deren örtliche Verteilung ähnlich wie ein Fließgelenk längs der Biegelinie entlangwandert.

Die bisherige Beschreibung bezog sich stillschweigend auf den Fall der geraden Biegung, bei der die an den Enden angreifenden Kräfte in der Krümmungsebene des Werkstückes liegen, während die Achsen der Momente senkrecht auf jener Ebene stehen. Dies setzt voraus, daß eine Trägheitshauptachse der Querschnitte des Werkstückes in der Krümmungsebene liegt. Jedoch ist das Verfahren des Freien Ebenen Plastischen Biegens unmittelbar auch auf schiefe Biegung anwendbar, wobei die an den Enden angreifenden Kräfte nach wie vor in einer Ebene liegen, auf der auch die Momente senkrecht stehen ("Lastebene"), die jedoch nicht mehr mit der Krümmungsebene des Werkstückes zusammenfällt.

Darüberhinaus erzeugen Kräfte, die nicht in der Krümmungsebene liegen, oder End­ momente, die eine Komponente senkrecht zu den Querschnitten des Werkstückes besitzen, in diesen Querschnitten ein Torsionsmoment, das zu einer Verwindung (Torsion) des Werkstückes aus der Ebene heraus und damit zur allgemeinen, räum­ lichen Biegung führt. Auch diese läßt sich durch Berechnung der an den Enden angreifenden Kräfte und Momente oder der zugehörigen Verschiebungen, Neigungs- oder Verdrehwinkel steuern.

Fig. 9 zeigt eine im Versuch erprobte Vorrichtung für das Freie Plastische Biegen in einer Ebene nach dem Prinzip von Fig. 1. Das Werkstück 1 ist an seinen Enden in den Werkzeugen 2 (Lager A und B nach Fig. 1) eingespannt und wird in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene gebogen, wobei das Eigengewicht in aller Regel ohne Einfluß bleibt. Die Werkzeuge 2 werden über die Schrittmotor-Zahnradgetriebe- Einheiten 3 und 4 gedreht. Eines der beiden Werkzeuge 2 ist auf dem Schlitten 6 montiert, der über eine Vorschubeinrichtung, bestehend aus den Führungen 8 und der über die Schrittmotor-Zahnradgetriebe-Einheit 5 angetriebenen Spindel 9, transla­ torisch bewegt wird. Verbunden sind die Komponenten durch den Maschinenrahmen 7. Anstelle der Spindel-Vorschubeinrichtung 5, 8, 9 kann die Translationsbewegung auch durch einen hydraulischen Zylinder, durch einen Stangen-, Seil- oder Kettenzug oder durch ein Zahnradgetriebe bewirkt werden. Anstelle der Schrittmotor-Getriebe- Einheiten 3, 4, 5 können auch andere elektrische oder hydraulische (z. B. Drehkolben- Hydrozylinder) Antriebe verwendet werden. Werden keine Schrittmotoren eingebaut, benötigt man i. a. zur Regelung der Weggrößen (Winkel α, β, Vorschub) Wegsenso­ ren. Die Antriebe und ggf. die Wegsensoren sind mit der Steuerung 10 (ggf. inkl. Regelung) verbunden. Zur Steuerung gehört in der Regel auch ein Computer, der die erforderlichen Kennlinien für α, β und a oder die Prozeßparameter abgespeichert hat und der im letzteren Fall die Werkzeugbewegungen gleichzeitig berechnet.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung für das Freie Biegen mit Torsion zur Herstellung räumlich gekrümmter und verwundener Werkstücke. Alle Freiheitsgrade sind dem Werkzeug A zugeordnet. Dieses Werkzeug A ist der Greifer eines von einer Steuerung 2 gelenkten Roboters 1, der bei A 3 Drehungen und 3 Verschiebungen zuläßt. Werkzeug B ist eine am Rahmen 3 fixierte Einspannung ohne Bewegungsmöglichkeit.

Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Hier hat das Werkzeug A nur einen rotatorischen Freiheitsgrad um die z-Achse. B besitzt 5 Freiheitsgrade (Rotationen um alle drei Raumachsen, Translation in der x-z-Ebene). Die Werkzeuge A, B liegen in der gleichen x-z-Ebene. Das Werkstück 1 ist in den Werkzeugen 2 (A und B) eingespannt. Werkzeug A wird von Motor 3 um die z-Achse, Werkzeug B von den Motoren 4, 5, 6 um die x-, y- und z-Achse gedreht. Die Drehachsen der Motoren 4, 5, 6 schneiden sich im Werkzeug B, so daß durch die Rotation der Motoren keine Translation des Werkzeugs B erzeugt wird. In der gezeichneten Lage dreht Motor 4 um die y-Achse. Er ist mit der Welle von Motor 5 verbunden, der das Werkzeug zusammen mit Motor 4 in der gezeichneten Lage um die x-Achse dreht. Motor 5 ist auf der Platte 7 befestigt, die von Motor 6 um die z-Achse gedreht werden kann. Motor 6 ist auf der Traverse 8 montiert, die mit Hilfe der von Motor 11 angetriebenen Spindel 10 auf der Traverse 9 in x-Richtung verschoben werden kann. Die Traverse 9 kann ihrerseits über die Spindeln 12 und die Motoren 13 gegenüber dem Rahmen 14 in z-Richtung verschoben werden. Alle Motoren sind mit Wegsensoren ausgestattet; sie werden über die Steuer- und Regeleinheit 15 betrieben.

Fig. 12 zeigt eine Vorrichtung zum lokalen Erwärmen des Werkstücks, die auf Wunsch zusätzlich angebaut werden kann (hier für Biegen in einer Ebene). Mit dem Flansch 4 ist die Vorrichtung am Maschinenrahmen 9 der Biegevorrichtung so befestigt, daß sich das Heizelement 8 (z. B. ein Gasbrenner oder ein Induktionsofen) mit den Ar­ men 5, 6 in der Biegeebene des Werkstücks bewegen kann. Arm 5 ist mit Flansch 4 über das Drehgelenk 1 verbunden, Arm 6 mit Arm 5 über das Drehgelenk 2 und die Trägerplatte 7 mit Arm 6 über das Drehgelenk 3. Das Heizelement 8 ist fest auf der Trägerplatte 7 befestigt. Die Drehbewegungen der Drehgelenke 1, 2, 3 werden über Schrittmotoren so gesteuert, daß das Heizelement 8 der gewünschten Stelle des Werkstücks während der Biegung folgt und sie unter einem gewünschten Win­ kel erwärmt. Die zugehörige Steuerung läßt sich gemeinsam mit der Steuerung des Biegevorganges entweder vorab (z. B. über Kennlinien) oder gleichzeitig berechnen.

Zusammenfassend die Vorteile des maßgenauen Freien Plastischen Biegens:

• - Aufgrund einer elastisch-plastischen bzw. einer elastisch-viskoplastischen Be­ rechnung können Werkstücke mit hoher Maßgenauigkeit gebogen werden.
• - Da im Umformbereich keine Werkzeugberührung stattfindet, können Werk­ stücke gebogen werden,
  • - die eine besonders empfindliche Oberfläche haben (beispielsweise auf­ grund einer Beschichtung oder sonstigen Oberflächenbehandlung),
  • - an denen aufgrund ihrer Querschnittsform schlecht ein Werkzeug angrei­ fen kann, zum Beispiel bei dünnwandigen, sternförmigen Profilquerschnit­ ten,
  • - deren Querschnitt durch Werkzeugkontakt unerwünscht deformiert wer­ den würde.
• - Durch die numerische Steuerung erreicht man eine hohe Flexibilität. Diverse Biegeformen (neben dem Kreisbogen beispielsweise auch spiralförmige Bögen) in unterschiedlichen Größen können gefertigt werden.
• - Dabei benötigt man, unabhängig von der Biegeform, jeweils nur ein Paar Ein­ spanngelenke als einziges Werkzeug für jede Querschnittsform. Umrüstzeiten entfallen.
• - Das Verfahren des freien Biegens benötigt im Vergleich zu anderen Umform­ verfahren aufgrund des Fehlens von Reaktionen an weiteren Werkzeugen nur kleine Umformkräfte. Querschnittsverformungen bleiben folglich klein.
• - Eine lokale oder lokal veränderliche Erwärmung, die bei Metallen in der Re­ gel nicht erforderlich ist, kann zur Unterstützung des Verfahrens (beispielsweise beim sehr scharfen Abwinkeln) ohne Schwierigkeiten zusätzlich überlagert wer­ den.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum freien, plastischen Biegen eines Werkstücks (1) zu einer vorge­ schriebenen Gestalt,
bei der zwei gelagerte Werkzeuge (2) zum Einspannen des Werkstücks (1) nur an dessen Enden (A, B) vorgesehen sind, wobei das Werkstück keine Werkzeugbe­ rührung im gesamten Biegeumformbereich zwischen den eingespannten Werk­ stückenden erfährt,
bei der mindestens drei Werkzeugbewegungen vorgesehen sind, von denen eine erste eine Drehung, eine zweite eine Verschiebung und eine dritte eine Drehung oder eine Verschiebung ist, indem:

• a) entweder beide Werkzeuge (2) drehbar sind und eines der Werkzeuge (2) zu­ sätzlich verschiebbar ist
• b) oder eines der Werkzeuge sowohl drehbar als auch in zwei Richtungen ver­ schiebbar ist
• c) oder eines der Werkzeuge drehbar ist und das andere Werkzeug in zwei Rich­ tungen verschiebbar ist,

bei der für jede der Werkzeugbewegungen ein Antrieb (3, 4, 5) vorgesehen ist und die Antriebe für eine Werkzeugbewegung zur Erreichung der vorgeschriebe­ nen Gestalt steuerbar sind,
indem die Antriebe (3, 4, 5) zur Vorgabe der Werkzeugbewegung oder zur Vor­ gabe der auf die Werkzeuge wirkenden Kräfte und Momente von einer Steuer- und Regeleinheit (10) beaufschlagt sind, die eine Steuerung umfaßt, die unter Berücksichtigung der geometrischen Abmessungen des Werkstücks, der vorge­ schriebenen Gestalt, der gewünschten Umformgeschwindigkeit und der elastisch- plastischen bzw. der elastisch-viskoplastischen Werkstoffeigenschaften gegeben ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (10) von einem Computer gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ei­ ne Einrichtung zum lokalen Erwärmen des Werkstücks angebracht ist, die mit dem Werkstück und/oder gegenüber dem Werkstück bewegbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Werkzeugen sechs Antriebe für sechs Raum-Freiheitsgrade angreifen.