Umformmaschinen und -werkzeuge

Walzprofilieren

Profile von der Rolle

Auf die Herstellung von Profilrollen für das Walzprofilieren hat sich die Firma Heinrich Hussmann Drehtechnik spezialisiert. Die Werkzeugauslegung eines kompletten Profilrollensatzes beruht immer noch auf der Erfahrung der Konstrukteure und Anlagenbediener. Selbst moderne CAE-Systeme können die Mitarbeitererfahrung dabei nicht ersetzen.

Die Werkzeugauslegung eines kompletten Profilrollensatzes für das Walzprofilieren beruht auf der Erfahrung der Mitarbeiter. Bild: Hussmann

Zu den Kunden zählen namhafte europäische Profilierunternehmen der Automobil-, Elektro-, Bau-, Maschinenbau- sowie der Möbel- und Zulieferindustrie, die vom Hussmann-Know-how der Rollenfertigung profitieren. Es handelt sich dabei sowohl um Lohn-Walzprofilierer als auch um Walzprofilierbetriebe mit eigenem Werkzeugbau, die bei ausgelasteten Kapazitäten gern auf Hussmann als verlängerte Werkbank zurück greifen.

Um Profilrollen im Kundenauftrag wirtschaftlich erfolgreich herstellen zu können, muss man die ganze Bandbreite anbieten: Bei Bedarf von der Erstellung der Konstruktionszeichnungen bis zu den fertigen Arbeitsunterlagen. Eine flexible Arbeitsvorbereitung ist in der Lage, die verschiedenen Zeichnungsformate der Kunden aufzubereiten. So ist unter anderem das Einlesen von Copra-Dateien möglich.

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Rollen für das Walzprofilieren nach Kundenvorgabe

Bei der Rollenherstellung kann durch eine einheitliche Datenbasis eine durchgängige Fertigung über mehrere CNC-Maschinen erfolgen, was zu kurzen Durchlaufzeiten führt. Nach dem Härten werden die Profilrollen nach Kundenvorgabe plangeschliffen, hartgedreht und die Bohrung wird innengeschliffen. Gegebenenfalls erfolgt noch mittels Dünnschichttechnologie ein Beschichten der Profilrollen, was beispielsweise für das Profilieren von Edelstählen oder Aluminium sehr zweckmäßig ist.

Umfangreiche Möglichkeiten zur Vermessung der Profilrollen, Rundlaufprüfung, Rauhigkeits- und Härteprüfung dienen der zuverlässigen Qualitätssicherung. Zusätzlich zu den Profilrollen stellt Hussmann auch sämtliche Zubehörteile und Drehteilkomponenten für einen Profilrollensatz sowie Wellen für Profilieranlagen in Lohnarbeit her.

Dipl.-Wirt.-Ing. Christoph Hussmann, im Unternehmen zuständig für Profilrollen und Werkstückvermessung, ist ein kompetenter und gefragter Referent zum Thema Herstellung von Profilrollen. Für ihn ist das Walzprofilieren „wegen seiner hohen Ausbringungsleistung das für die industrielle Fertigung wichtigste Herstellverfahren für Kaltprofile“. Kaltprofile sind dünnwandige Profile aus Band oder Blech, die durch Kaltumformung, also Walz-, Biege- oder im Pressverfahren, hergestellt werden.

Walzprofilieren mit kaltem Blech bietet Vorteile

Zu den Vorteilen von Kaltprofilen zählt vor allem die Möglichkeit der freien Gestaltung der Querschnitte, um die funktionellen und baulichen Anforderungen zu erfüllen. Hinzu kommen die Vielfalt der Oberflächenbehandlung, so können beispielsweise auch vorbeschichtete Bleche kaltprofiliert werden, und die Integration von Loch-, Perforier- und Profilierarbeitsgängen in den Walzprozess integriert werden.

Kaltgewalzte Profile können mit engen Toleranzen hergestellt werden, sie haben ein vorteilhaftes Verhältnis von Tragkraft zu Gewicht, sie sind leicht handhabbar und bieten einfache Verbindungsmöglichkeiten. Dabei weisen sie eine geringe Verarbeitungsempfindlichkeit auf und verursachen niedrige Werkstattkosten.

Drehende Werkzeugbewegung charakteristisch für das Walzprofilieren

Beim Walzprofilieren, erläutert Christoph Hussmann, „handelt es sich um ein kontinuierliches Biegeumformen mit drehender Werkzeugbewegung. Dabei wird der Querschnitt eines ebenen Blechbandes fortschreitend, also mehrstufig, mit Hilfe angetriebener, hintereinander auf Walzgerüsten angeordneter Profilrollenpaare umgeformt“.

Die Anzahl der Rollenpaare ist abhängig von der herzustellenden Querschnittsform, dem Werkstoff sowie von spezifischen Qualitätsanforderungen an das Profil. Als Ausgangswerkstoff wird beschichtetes oder unbeschichtetes Stahlband oder NE-Metallband in Form von Wickelbunden, sogenannten Coils, bevorzugt. Obwohl das Walzprofilieren, so Hussmann, „seit über 100 Jahren bekannt ist und bereits seit Anfang der dreißiger Jahre industriell eingesetzt wird, konnte sich das Verfahren erst nach 1945 zur Herstellung von Kaltprofilen durchsetzen“.

Spezialprofile und Standardprofile

Das Walzprofilieren ist auch unter den Begriffen Rollformen, Rollprofilieren, Kaltprofilieren oder Profilieren bekannt. Bei den Profilformen unterscheidet man zwischen Spezialprofilen, die kundenspezifisch entwickelt werden, und Standardprofilen sowie nach den Querschnittsformen offene und geschlossene Profile, symmetrische oder unsymmetrische Profile und geradwinklige oder schiefwinklige Profile.

Bei Spezialprofilen fertigt der Hersteller das kaltgewalzte Profil entsprechend den Anweisungen des Kunden. Dafür wird ein spezieller Profilrollensatz benötigt. Christoph Hussmann: „Solche Rollenwerkzeuge können beispielsweise von uns angefertigt werden.“ Außerdem bietet eigentlich jeder Hersteller von Kaltprofilen auch eine bestimmte Palette von Standardprofilen an, wie etwa Winkel-, U-, Z-, C-Profile oder Schlitzrohre.

Die höchstmögliche Länge von Walzprofilen ist von der Fertigung her unbegrenzt und nur von den Transportmöglichkeiten abhängig. Der Bedarf an Profilen mit mehr als 15 m Länge ist keine Seltenheit. Die größte Profilhöhe ist das Maß senkrecht zur Profilrollenachse. Sie ergibt sich aus den Umformbedingungen und den Profilrollendurchmessern und ist nicht zwangsläufig mit der größten Gebrauchshöhe des Profils identisch.

Auslegung der Werkzeuge für das Walzprofilieren

Die Werkzeugauslegung eines kompletten Profilrollensatzes beruht immer noch ausschließlich auf der Erfahrung der Konstrukteure und der Mitarbeiter in den Profilierunternehmen. Um den Konstrukteur von Routinetätigkeiten zu entlasten, stehen ihm heute jedoch speziell für das Walzprofilieren entwickelte CAE-Systeme zur Verfügung – zum Beispiel “Profil“ von Ubeco oder „Copra“ der Firma Data-M.

Doch selbst diese modernen CAE-Systeme, macht Hussmann deutlich, „können das Mitarbeiterwissen und die gesammelten Erfahrungen nicht vollständig ersetzen, da trotz intensiver Forschung an den Verfahrensgrundlagen bisher aufgrund einer Vielzahl komplex wirkender Größen keine analytische Lösung für die Beschreibung des Umformvorgangs existiert“.

Vorausbestimmung beim Walzprofilieren noch schwierig

So sei eine Vorausbestimmung der zu erwartenden Profilqualität inklusive Spannungen und Formänderungen unter konkreten Umformbedingungen und Blecheigenschaften „derzeit noch nicht möglich“. Die entscheidenden Qualitätsmerkmale von Walzprofilen sind – außer der Maßhaltigkeit – geringe Makroeigenspannungen und geringe geometrische Abweichungen.

Man unterscheidet zwischen Längsformabweichungen (Verdrehung, Längskrümmung, Welligkeit der Bandkanten) und Querformabweichungen (Querkrümmung, Profilendenverformung, Winkelabweichung). Die Querformabweichungen als Ergebnis der Querformänderungen stellen sich in der Profilierpraxis als ein weitestgehend gelöstes Problem dar.

Längsformabweichungenn noch schwer zu beherrschen

Als wesentlich schwieriger erweist sich die Beherrschung der Längsformabweichungen. Sie haben ihre Hauptursache in den auftretenden Längsformänderungen der Umformzone und in der Größe der bleibenden Längsformänderungen. Das Auftreten der maximalen Dehnungen und Spannungen hierbei ist aber nicht zwangsläufig auf die Bandkanten beschränkt.

Der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nicht gerade förderlich ist der hohe Rüst- und Einstellaufwand der Walzensätze. Die Einstellzeiten nach einem Werkzeugwechsel sind – wie auch die Auslegung der Rollensätze – abhängig vom Erfahrungsschatz der Mitarbeiter des Walzprofilierers. „Bis ein Profil erstmalig in der gewünschten Qualität die Anlage verlässt“, betont Christoph Hussmann, „sind vor allem beim Einfahren umfangreiche Einstellarbeiten an der Anlage, unter Umständen sogar konstruktive Veränderungen an den Werkzeugen erforderlich. Vor diesem Hintergrund wird erneut die Problematik des personell gebundenen Know-hows deutlich“.