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Title:
METHOD AND DEVICE FOR THE AUTOMATED STRAIGHTENING OF ELONGATE MATERIAL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/110340
Kind Code:
A1
Abstract:
In a method for straightening elongate material (105) in an automated straightening process, in particular for straightening wire or tube material, the material (105) is conveyed from a material stock through a straightening unit (120) which produces straightened material from the material (105) in a straightening operation by means of reshaping. The quality of straightening of the straightened material (105) is tested by means of a test rig (160) after running through the straightening unit (120), and the straightening process is controlled on the basis of at least one test signal from the test rig (160). In the method the quality of straightening is tested by determining at least one electric or magnetic material characteristic of the straightened material (105), in particular by means of magnetic inductive eddy current testing.

Inventors:
FRIES STEFAN (DE)
MUELLER URI JOHANNES (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/051916
Publication Date:
August 23, 2012
Filing Date:
February 06, 2012
Export Citation:
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Assignee:
WAFIOS AG (DE)
FOERSTER INST DR GMBH & CO KG (DE)
FRIES STEFAN (DE)
MUELLER URI JOHANNES (DE)
International Classes:
B21D3/00; B21F1/02; G01B7/24; G01N27/82; G01N27/90
Domestic Patent References:
WO1997029872A11997-08-21
WO2010044009A12010-04-22
Foreign References:
JP2002028714A2002-01-29
EP0052058A11982-05-19
DE19503850C11996-06-13
JPS6052254A1985-03-25
US3896646A1975-07-29
US4808926A1989-02-28
DE19503850C11996-06-13
DE19653569C21999-07-22
EP0620050B11998-10-21
DE102010054111A2010-12-10
DE69703343T22001-05-03
Attorney, Agent or Firm:
RUFF, WILHELM, BEIER, DAUSTER & PARTNER (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Richten von langgestrecktem Material in einem automatisierten Richtprozess, insbesondere zum Richten von Draht- oder Rohrmaterial,

worin das Material von einem Materialvorrat durch eine Richteinheit gefördert wird,

die Richteinheit aus dem Material durch Umformen in einer Richtoperation gerichtetes Material erzeugt,

eine Richtgüte des gerichteten Materials nach Durchlaufen der Richteinheit mittels einer Prüfeinrichtung geprüft wird, und

der Richtprozess in Abhängigkeit von mindestens einem Prüfsignal der Prüfeinrichtung gesteuert wird,

dadurch gekennzeichnet, dass die Richtgüte durch Bestimmung mindes- tens einer elektromagnetischen Materialeigenschaft des gerichteten Materials geprüft wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , worin die Prüfung der Richtgüte an dem mit einer Durchlaufgeschwindigkeit durch die Prüfeinrichtung lau- fenden gerichteten Material durchgeführt wird, wobei die Durchlaufgeschwindigkeit des Materials vorzugsweise bei mehr als 10 m/min, insbesondere im Bereich zwischen ca. 30 m/min und 200 m/min liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin das gerichtete Material einem zur Erregung von Wirbelströmen geeigneten elektromagnetischen

Wechselfeld ausgesetzt wird und durch die Wirbelströme induzierte elektromagnetische Wechselfelder erfasst und zur Ermittlung von Prüfsignalen ausgewertet werden. 4. Verfahren nach Anspruch 3, worin das elektromagnetische Wechselfeld mit einer Wechselfeldfrequenz von weniger als 1 kHz erzeugt wird, wobei die Wechselfeldfrequenz vorzugsweise zwischen 1 Hz und 250 Hz liegt, insbesondere zwischen 2 Hz und 10 Hz.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, worin bei der Ermittlung von Prüfsignalen eine oder mehrere Oberwellen der induzierten Wechselfelder analysiert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Vorschubeinrichtung eine der Richteinheit nachgeschaltete Zugför- dereinheit aufweist und worin die Richtgüte des Materials nach Durchlaufen der Zugfördereinheit bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die mindestens eine Materialeigenschaft des Materials in einer ersten Prü- fung vor Eintritt der Materials in die Richteinheit und in einer zweiten Prüfung nach Durchtritt des Materials durch die Richteinheit bestimmt wird und worin Prüfergebnisse der ersten Prüfung und der zweiten Prüfung zur Ermittlung des Einflusses der Richtoperation auf die Materialeigenschaft gemeinsam verarbeitet werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin an aufeinander folgenden Abschnitten des gerichteten Materials zeitlich nacheinander eine Vielzahl von Prüfergebnissen zu unterschiedlichen Erfassungszeiten erfasst wird, aus den entsprechend ihrer Erfassungs- zeiten geordneten Prüfergebnissen ein Entwicklungstrend der Prüfergebnisse ermittelt wird und der Entwicklungstrend zur vorhersagenden Ermittlung zukünftig erwarteter Prüfergebnisse verarbeitet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zur Steuerung des Richtprozesses mindestens einer der folgenden Parameter in Abhängigkeit vom Prüfsignal automatisch verändert wird:

(i) die Durchlaufgeschwindigkeit des Materials durch die Richteinheit; (ii) bei einer Richteinheit mit einem rotierenden Richtflügel die Drehzahl des Richtflügels;

(iii) eine radiale und/oder axiale Stellung mindestens eines Richtelements der Richteinheit in Bezug auf das durchlaufende Material; und (iv) eine Andruckkraft mindestens eines Förderelements einer Vorschubeinrichtung an das durchlaufende Material.

10. Vorrichtung zum Richten von langgestrecktem Material (105) in einem automatisierten Richtprozess, insbesondere zum Richten von Draht- oder Rohrmaterial, mit

einer Vorschubeinrichtung zum Fördern des Materials von einem Materialvorrat durch eine Richteinheit (120);

der Richteinheit, die dafür eingerichtet ist, aus dem Material durch Umformen in einer Richtoperation gerichtetes Material zu erzeugen; und einer Prüfeinrichtung (160) zum Prüfen einer Richtgüte des gerichteten Materials nach Durchlaufen der Richteinheit und zur Erzeugung mindestens eines die Richtgüte repräsentierenden Prüfsignals,

dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinrichtung (160) eine elektromagnetische Prüfeinrichtung zur Bestimmung mindestens eines die Richtgüte repräsentierenden Richtgüteparameters aus mindestens einer elektrischen oder magnetischen Materialeigenschaft des gerichteten Materials ist.

1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, worin die Prüfeinrichtung eine Wir- belstrom-Prüfeinrichtung (160) ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 1 1 , worin die Prüfvorrichtung (160) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 konfiguriert ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, 1 1 oder 12, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (140) zum Steuern des Richtprozesses in Abhängigkeit von dem Prüfsignal der Prüfeinrichtung (160). 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin die Richteinheit (120) mindestens ein mittels eines Stellantriebs axial und/oder radial verstellbares Richtelement aufweist und worin der Stellantrieb in Abhängigkeit von dem Prüfsignal der Prüfeinrichtung (160) steuerbar ist. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, worin die Richteinheit mindestens einen rotierend antreibbaren Richtflügel (122) und/oder mindestens einen Rollenrichtapparat aufweist, wobei die Richteinheit vorzugsweise mindestens einen automatisch während des Betriebs verstellbaren rotierend antreibbaren Richtflügel aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, worin die Vorschubeinrichtung mindestens ein mittels eines Stellantriebs verstellbares Förderelement (1 16) aufweist und worin der Stellantrieb in Abhängigkeit von dem Prüfsignal der Prüfeinrichtung gesteuert wird.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, worin die Vorrichtung eine in Abhängigkeit von dem Prüfsignal ansteuerbare Anzeigeeinheit (169) zur Anzeige einer aktuellen oder aufgrund einer Trendanalyse vorhergesagten Überschreitung einer Toleranzgrenze des Richtprozesses aufweist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, worin die Vorrichtung eine in Abhängigkeit von dem Prüfsignal arbeitende Korrekturwert-Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung von Korrekturwerten für die Einstellung mindestens eines einstellbaren Elements der Richteinheit und/oder der Vorschubeinrichtung aufweist.

19. Verwendung einer magnet-induktiven Wirbelstrom-Prüfeinrichtung zur Bestimmung der Richtgüte eines in einem automatisierten Richtpro- zess gerichteten langgestreckten Materials durch Bestimmung mindestens einer elektrischen oder magnetischen Materialeigenschaft des ge- richteten Materials.

Description:
Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zum automatisierten Richten von langgestrecktem Material

HINTERGRUND

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Richten von langgestrecktem Material in einem automatisierten Richtprozess, insbesondere zum Rich- ten von Draht- oder Rohrmaterial, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zum Richten von langgestrecktem Material in einem automatischen Richtprozess gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10. Drähte, Rohre oder andere langgestreckte Halbzeug-Materialien liegen unmittelbar nach ihrer Herstellung häufig in Form von aufgewickelten Materialvorräten vor und müssen normalerweise vor der Weiterverarbeitung gerichtet werden. Das Richten (straightening) ist ein Fertigungsverfahren aus der Gruppe der Umformverfahren und dient dazu, das lang- gestreckte Material vor der Weiterverarbeitung in eine möglichst gerade Form, d.h. in einen krümmungsarmen Zustand, zu versetzen. In einem automatisierten Richtprozess wird hierzu das Material von einem Materialvorrat durch eine Richteinheit gefördert und die Richteinheit erzeugt aus dem Material durch Umformen in einer Richtoperation gerichtetes Material.

Richteinheiten weisen üblicherweise mindestens einen Rollenrichtapparat und/oder mindestens einen rotierenden Richtflügel auf. Bei einem Rollenrichtapparat erzeugen Richtrollen aufgrund außermittiger Einstel- lung in Bezug auf die neutrale Achse des zu richtenden Materials Wechselbiegungen, die das zu richtende Material in den plastischen Bereich hinein verformen und dadurch richten. Bei einem rotierenden Richtflügel - - werden diese Wechselbiegungen in mehreren Ebenen durch außermittige Richtsteine bzw. Richtbacken oder Richtdüsen erzeugt.

Ein automatisierter Richtprozess im Durchlaufverfahren wird beispiels- weise in Rieht- und Abschneidemaschinen realisiert, die dafür konzipiert sind, Drähte oder andere durch Richten bearbeitbare Materialien mit unterschiedlichen Querschnittsgrößen und -formen zu richten und auf eine gewünschte Länge abzuschneiden. Auf diese Weise können beispielsweise gerippte Drähte aus Betonstahl zu gerichteten Stäben verarbeitet werden, die nachfolgend zu Betonstahlmatten für die Armierung für Betonkonstruktionen netzartig zusammengeschweißt werden. Auch ungerippte, glatte Drähte können verarbeiten werden, um beispielsweise gerichtete Drahtstäbe zur Herstellung von Käfigen, Einkaufswagen, Zäunen, Drahtkörben oder dergleichen zu erhalten.

Eine Vorrichtung zum Richten in einem automatischen Richtprozess kann auch in eine Umformmaschine integriert sein, die mit Hilfe geeigneter Umformwerkzeuge aus dem gerichteten Material in einem automatisierten Fertigungsprozess kleinere oder größere Serien von Formteilen mit teilweise komplexer Geometrie erzeugen kann. Die zum Umformen erforderlichen Umformwerkzeuge sind dann der Richteinheit nachgeschaltet. Bei der Umformmaschine kann es sich beispielsweise um eine Biegemaschine zum Erzeugen von Biegeteilen aus Drahtmaterial, Bandmaterial oder Rohrmaterial oder um eine Federmaschine zur Her- Stellung von Druckfedern, Zugfederkörpern, Schenkelfedern oder anderen federartigen Formteilen aus Drahtmaterial handeln. Eine Umformmaschine kann auch als Drahtstiftmaschine zur Massenfertigung von Schrauben, Nägeln, Nieten oder dergleichen ausgelegt sein. Der Begriff „automatisierter Richtprozess" bezeichnet hier jeweils einen Richtprozess, der selbsttätig mittels geeignet konfigurierter Teileinheiten einer Maschine abläuft. Zu dem Richtprozess gehört vor allem die mit- - - tels der Richteinheit durchgeführte Richtoperation. Soweit Einheiten der Maschinen, die nicht zur Richteinheit gehören, z.B. Vorschubelemente einer gesonderten Vorschubeinheit, ebenfalls einen Einfluss auf die Richtgüte haben, tragen diese auch zum Richtprozess bei.

Bei den Rieht- und Abschneidemaschinen, die als Endprodukt gerichtete Elemente vorgebbarer Länge produzieren, wird die Richtgüte des gerichteten Materials nach Durchlaufen der Richteinheit in der Regel vom Maschinenbediener beurteilt, der aufgrund von Erfahrung visuell (z.B. durch einen Rollversuch) und/oder durch den Einsatz externer Messmittel die gerichteten Endprodukte auf hinreichende Geradheit überprüft. Anhand der Prüfung entscheidet der Maschinenbediener, ob Richtelemente nachgestellt werden müssen und, wenn dies nötig ist, welches Richtelement oder welche Richtelemente in welchem Ausmaß nachzu- stellen ist bzw. sind. Dabei werden beim Einrichten der Maschine so lange Änderungen an den relevanten Fertigungsparametern vorgenommen, bis die fertigen Produkte reproduzierbar mit ausreichender Geradheit erzeugt werden. Dann wird der Fertigungsprozess freigegeben. Änderungen des Richtergebnisses können beispielsweise aufgrund von Materialfehlern (z.B. Durchmesserschwankungen, Schwankungen der Wanddicke bei Rohren, Lunker etc.) und/oder aufgrund von Änderungen der Werkstoff kennwerte wie Spannung/Dehnung und/oder aufgrund von Verschleiß der Richtelemente etc. auftreten. Änderungen können durch regelmäßige Kontrollen anhand von Stichproben erkannt werden. Wenn sich eine nicht akzeptable Verschlechterung der Richtgüte ergibt, werden erneute Einstellungen von Fertigungsparametern nötig.

In der Praxis benötigt ein Maschinenbediener sehr viel Erfahrung und Aufmerksamkeit, um während eines Fertigungsprozesses eine hinreichend gleichbleibende Richtgüte sicherzustellen. Um unabhängig von den Fähigkeiten eines Maschinenbedieners Fertigungsprozesse mit re- - - produzierbar guter Richtgüte zu erreichen, sind bereits Vorschläge für eine automatische Prüfung der Richtgüte gemacht worden.

In der DE 195 03 850 C1 wird ein nicht rotierender Richtapparat für Bie- gemaschinen mit integrierter Messvorrichtung beschrieben. Im Richtapparat ist in Durchlaufrichtung des Materials hinter wenigstens einem Richtwerk wenigstens eine Materialbiegungsmessvorrichtung angeordnet, in der wenigstens eine Messstrecke für einen in der Länge vorbestimmten Materialabschnitt vorgesehen ist. Dazu ist entlang der Mess- strecke wenigstens eine das Ausmaß der Biegung und den Biegungssinn ermittelnde mechanische und/oder elektronische und/oder optische Abtastvorrichtung angeordnet, wobei mit der Abtastvorrichtung die gemessene Biegung des Materialabschnitts repräsentierende Signale erzeugt werden, mit denen ein Stellantrieb entsprechend verstellt wird. Die Abtastung der Biegung erfolgt bei in der Messstrecke still gesetztem Material. Das Einstellen der Richtsteine kann dagegen bei still gesetztem Material oder auch bei vorwärts gefördertem Material erfolgen.

In der DE 196 53 569 C2 wird ein Verfahren zur automatisierten Füh- rung eines Richtprozesses in einem Richtapparat oder einer Richtmaschine mit mindestens einer durch einen Aktor verstellbaren Richtrolle beschrieben. Bei dem Verfahren wird zunächst ein Prozesssimulations- modell eines durchzuführenden Richtprozesses und ein Prozesssimula- tionsprogramm erstellt und in eine Regelungseinrichtung des Richtappa- rats/der Richtmaschine eingegeben. In das Prozesssimulationspro- gramm werden Maschinendaten, technologische Ablaufdaten des vorgesehenen Richtprozesses, Werkstoffdaten des Richtgutes und die gewünschte Qualität (Geradheit bzw. Ebenheit, Eigenspannungszustand über den Richtgutquerschnitt, Werkstoffeigenschaften, z.B. eine ge- wünschte Streckgrenze und/oder eine Beeinflussung der ausgeprägten Fließgrenze) des zu richtenden Richtgutes eingegeben. Das Prozesssi- mulationsprogramm gibt die Einstellungen der verstellbaren Richtrolle(n) - - vor. Danach werden bei laufendem Richtprozess Änderungen der Produktdaten, insbesondere die die Gestaltung des Richtprozesses beeinflussenden Werkstoffeigenschaften und/oder Abmessungen des jeweiligen Richtguts erfasst und daraus Daten zur Einstellung der verstellbaren Richtrolle(n) errechnet und Signale zur automatischen Einstellung der verstellbaren Richtrolle(n) mittels eines Aktors bzw. Aktoren ausgegeben. Zur messtechnischen Erfassung von Produkt- und/oder Prozessdaten wird unter anderem vor Einlauf des Richtgutes eine Dickenmessung z.B. mit Hilfe von Laserabstandssensoren durchgeführt. Weiterhin geht ein Wert für die Streckgrenze des Richtgutes ein, der aus einer Messung einer Richtkraft abgeleitet oder aus einer Datenbank erhalten wird. Das Verfahren soll eine praktisch verzögerungslose, selbsttätige Anpassung der Einstellung mindestens einer Richtrolle eines Richtapparates oder einer Richtmaschinen an kontinuierlich gemessenen Daten des jeweili- gen Richtgutes ohne Stillsetzung des Richtprozesses ermöglichen.

AUFGABE UND LÖSUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Richten von lang- gestrecktem Material in einem automatisierten Richtprozess sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglichen, unabhängig von der Erfahrung eines Maschinenbe- dieners eine hohe Konstanz der Richtgüte in einem automatisierten Richtprozess zu gewährleisten. Insbesondere soll es möglich sein, den automatisierten Richtprozess auch im Hinblick auf die Weiterverarbeitung des gerichteten Materials zu optimieren.

Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben stellt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 10 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. - -

Bei dem Verfahren wird die Richtgüte des gerichteten Materials nach Durchlaufen der Richteinheit durch Bestimmung mindestens einer elektrischen oder magnetischen Materialeigenschaft des gerichteten Materi- als geprüft. Die Prüfung orientiert sich nicht primär an der Geometrie bzw. an der makroskopischen Form bzw. Gestalt des gerichteten Materials, beispielsweise seiner Geradheit, sondern an elektromagnetisch erfassbaren inneren Materialeigenschaften. Das Verfahren beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass bei dem mechanischen Richtvorgang im gerichteten Material gewisse Eigenspannungszustände erzeugt werden, die am gerichteten Material eine Geradheit bzw. Restkrümmung bedingen. Allerdings werden nicht die Auswirkungen auf die Geometrie des Materials erfasst, sondern die im Gefüge des Materials durch das Prüfverfahren feststellbaren Ursachen für eventuelle Geometrieände- rungen. Es ist somit möglich, bei der Prüfung der Richtgüte näher an die Ursachen von unerwünschten Gestaltabweichungen des gerichteten Materials heranzukommen, ohne dass das Verfahren darauf angewiesen ist, dass sich zum Zeitpunkt der Prüfung die im Material vorliegenden Ursachen für eventuelle Gestaltänderungen schon am Material in Form von Geometrieabweichungen manifestiert haben müssen.

Mit dem Verfahren können an gerichtetem Material ggf. auch ungünstige Materialzustände festgestellt werden, die sich an der Geometrie des gerichteten Materials unmittelbar nach dem Richten durch ein geometri- sches Messverfahren nicht feststellen lassen würden. Beispielsweise kann ein gerichtetes Element unmittelbar nach dem Richten bei Umgebungstemperatur aufgrund hinreichender Geradheit als Gutteil erscheinen, sich aber später bei der Weiterverarbeitung beispielsweise bei Erwärmung ungünstig deformieren. Derartige„latent" ungünstige Material- zustände können durch die elektromagnetische Prüfung qualitativ oder quantitativ erfasst und bei der Qualifizierung des gerichteten Materials berücksichtigt werden. - -

Der Richtprozess kann in Abhängigkeit von mindestens einem Prüfsignal der Prüfeinrichtung vollautomatisch gesteuert werden. Es ist auch möglich, dass die Steuerung unter Zwischenschaltung eines Bedieners erfolgt, der z.B. Anweisungen oder Signale erhält, die automatisch auf Basis des Prüfsignals erzeugt werden. Der Bediener kann dann auf Basis der Anweisungen oder Signale zielgerichtet Einstellungen zur Verbesserung der Richtgüte vornehmen. Da die Prüfung der Richtgüte auf der Messung gewisser magnetischer oder elektrischer Materialeigenschaften beruht, ist es nicht notwendig, das zu prüfende Material für die Prüfung still zu setzen. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird die Prüfung der Richtgüte an dem mit einer Durchlaufgeschwindigkeit durch die Prüfeinrichtung laufenden gerichte- ten Material durchgeführt. Somit ist eine in-line-Prüfung der Richtgüte während des den Richtprozess beinhaltenden Produktionsprozesses möglich. Die Durchlaufgeschwindigkeit kann der Durchlaufgeschwindigkeit des Materials durch die Richteinheit entsprechen und beispielsweise bei mehr als 10 m/min oder mehr als 15 m/min liegen, insbesondere im Bereich zwischen ca. 30 m/min und 200 m/min.

Bei bevorzugten Ausführungsformen wird zur Bestimmung der Richtgüte das gerichtete Material einem zur Erregung von Wirbelströmen geeigneten elektromagnetischen Wechselfeld ausgesetzt und die durch die Wir- beiströme induzierte elektromagnetische Wechselfelder werden erfasst und zur Ermittlung von Prüfsignalen ausgewertet. Bei dieser Verfahrensvariante werden also mechanisch-technologische Eigenschaften des gerichteten Materials, beispielsweise sein Eigenspannungszustand, mit Hilfe elektromagnetischer erfassbarer Materialeigenschaften ermit- telt, insbesondere über die Permeabilität des Materials und ggf. über seine elektrische Leitfähigkeit. Für eine derartige Wirbelstromprüfung kann die Prüfeinrichtung mindestens eine Prüfspulenanordnung aufwei- - - sen, die einerseits an eine Wechselspannungsquelle und andererseits an eine Auswerteeinrichtung angeschlossen ist. Die Prüfspulenanordnung ist vorzugsweise als Durchlaufspulenanordnung ausgestaltet, die bei der Prüfung das zu prüfende gerichtete Material umschließt. Mit Hilfe einer Durchlaufspulenanordnung sind eine besonders effiziente Einkopplung des erregenden elektromagnetischen Wechselfeldes in das gerichtete Material sowie ein besonders empfindlicher Empfang von durch die Wirbelströme induzierten elektromagnetischen Wechselfeldern für die Signalauswertung möglich. Alternativ oder zusätzlich kann die Prüfspulenanordnung eine oder mehrere Tastspulen aufweisen, die am Umfang des gerichteten Materials an geeigneten Positionen angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich können zur Magnetfelderfassung, d.h. zur Erfassung der induzierten Wechselfelder, auch Hallsensoren, GMR- Sensoren oder Fluxgate-Manometer verwendet werden.

Bei dieser Variante wird somit eine Wirbelstrom prüf ung zur Qualifizierung der Richtgüte von gerichtetem Material genutzt.

In der Regel ist es vorteilhaft, wenn zur Prüfung von gerichtetem Materi- al mit relativ niederfrequenten Wechselfeldern der Wirbelstromprüfung gearbeitet wird. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird das elektromagnetische Wechselfeld mit einer Wechselfeldfrequenz von weniger als 1 kHz erzeugt, wobei die Wechselfeldfrequenz vorzugsweise zwischen 1 Hz und 250 Hz, insbesondere zwischen 2 Hz und 10 Hz liegt. Die für einen gegebenen Materialquerschnitt am besten geeignete Wechselfeldfrequenz kann in wenigen Vorversuchen experimentell oder auf Basis von Simulationen rechnerisch ermittelt werden. Bei relativ niederfrequenten Wechselfeldern ist es möglich, das zu prüfende gerichtete Material bis in den Kern hinein zu erregen, so dass aufgrund der großen Eindringtiefe des erregenden Wechselfeldes auch Materialinformation aus dem Inneren des gerichteten Materials erfasst werden kann. Bei bevorzugten Ausführungsformen von Prüfeinrichtungen ist die Wechsel- - - feldfrequenz des erregenden elektromagnetischen Wechselfeldes stufenlos oder in Stufen einstellbar, um für jeden Materialquerschnitt die optimale Erregerfrequenz einstellen zu können. Der durch die Richtoperation beeinflusste Materialzustand des gerichteten Materials beeinflusst bei ferromagnetischen Materialien auch die Hysteresekurve des Materials. Die in der Hysteresekurve enthaltene Information über den Werkstoff und seine Herstellung und Vorbearbeitung inklusive der Richtoperation bietet eine Grundlage für eine Korrelation zwischen magnetinduktiv erfassbaren Wirbelstrom-Messdaten und den mechanisch-technologischen Eigenschaften des gerichteten Materials. Wird ein solches Material mit einem sinusförmigen elektromagnetischen Wechselfeld angeregt, so sind die durch Wirbelströme induzierten elektromagnetischen Wechselfelder in der Regel nicht mehr sinusförmig, sondern durch die nicht-lineare Form der Hysteresekurve verzerrt. Insbesondere diese nicht sinusförmige Verzerrung des Empfangssignals enthält Informationen über die Form der Hysteresekurve des gerichteten Materials und somit Informationen über den Materialzustand, der unter anderem auch durch die Eigenspannungen und das Materialgefüge cha- rakterisiert ist.

Bei bevorzugten Ausführungsformen wird diese Information dadurch gewonnen, dass bei der Ermittlung von Prüfsignalen eine oder mehrere Oberwellen der induzierten Wechselfelder analysiert werden. Hierzu kann ein nicht sinusförmiges, periodisches Empfangssignal einer Empfängerspule der Prüfspulenanordnung über eine Fourierzerlegung in eine Reihe sinusförmiger Terme entwickelt werden. Die auftretenden ungeradzahligen Vielfachen der angeregten Grundwelle werden als Harmonische oder Oberwellen bezeichnet. Insbesondere die dritte Harmo- nische und/oder die fünfte Harmonische bieten in vielen Fällen aussagekräftige Materialinformation. Die Oberwellenanalyse erlaubt eine quantitative Erfassung der„Verzerrung" des Empfangssignals und somit auch - - eine quantitative Erfassung der von der Permeabilität bestimmten Form der Hysteresekurve, welche wiederum mit den durch das Richten beein- flussten mechanischen Werkstoffeigenschaften korreliert. Zum Fördern des zu richtenden Materials durch die Richteinheit ist bei manchen Ausführungsformen eine der Richteinheit nachgeschaltete Zugeinheit vorgesehen, die das zu richtende Material durch die Richteinheit zieht. In der Regel arbeitet die Zugeinheit mit einer der Richteinheit vorgeschalteten Schubeinheit zusammen, die dazu beiträgt, das zu richtende Material von einem Materialvorrat abzuziehen und in Richtung Richteinheit zu fördern. Bei manchen Ausführungsformen wird die Richtgüte nach Durchlaufen der Zugeinheit bestimmt. Dadurch ist es möglich, auch einen eventuellen Einfluss der Vorschubeinrichtung, insbesondere der Zugeinheit, auf den Zustand des gerichteten Materials zu erfassen und bei eventuellen Änderungen der Fertigungsparameter zu berücksichtigen.

Es ist auch möglich, die Richtgüte unmittelbar hinter der Richteinheit und vor Durchlaufen der Zugeinheit zu ermitteln, so dass eventuelle Einflüs- se der Zugeinheit auf den Eigenspannungszustand des gerichteten Materials nicht in die Prüfung eingehen.

Grundsätzlich ist es möglich, die mindestens eine Materialeigenschaft mit Hilfe mehrerer, an unterschiedlichen Prüfpositionen im Materialfluss vorgenommenen Prüfungen zu erfassen, um dadurch die zwischen den Prüfpositionen eingetretenen Änderungen der Materialeigenschaft qualitativ oder quantitativ zu erfassen. Bei manchen Ausführungsformen ist vorgesehen, mindestens eine Materialeigenschaft des Materials in einer ersten Prüfung vor Eintritt des Materials in die Richteinheit und in einer zweiten Prüfung nach Durchtritt des Materials durch die Richteinheit zu bestimmen und Prüfsignale der ersten Prüfung und der zweiten Prüfung zur Ermittlung des Einflusses der Richtoperation auf die Materialeigen- - - schaft gemeinsam zu verarbeiten. Hierdurch ist eine genaue Analyse des Einflusses der Richtoperation auf den Zustand des gerichteten Materials und damit auch eine besonders zielgerichtete Optimierung des Richtprozesses möglich. Beispielsweise kann damit einfacher ermittelt werden, ob nur ein einfacher Verschleiß von Richtbacken vorliegt und diese ggf. nachgestellt oder ausgetauscht werden sollten. Bei einer Subtraktion von Prüfsignalen zur Ermittlung eines Differenzsignals kann z.B. der reine Materialeinfluss (Durchmesser, elektrische und magnetische Eigenschaften) eliminiert werden, so dass Änderungen im Differenzsig- nal auf Veränderungen zurückgeführt werden können, die durch den Richtprozess selbst hervorgerufen werden.

Die Prüfung kann sich darauf beschränken, die aktuell erfassten Prüfsignale bzw. Prüfergebnisse mit entsprechenden Sollwerten zu verglei- chen, um zu ermitteln, ob die Richtgüte des gerichteten Materials innerhalb vorgebbarer Toleranzgrenzen des Richtprozesses bleibt. Bei Überschreitung der Toleranzgrenze oder bei definierter Annäherung daran können auf Basis der Prüfung Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden. Es ist auch möglich, den Richtprozess so zu überwachen, dass eine vorherschauende Überwachung möglich ist. Dazu wird bei manchen Ausführungsformen an aufeinander folgenden Abschnitten des gerichteten Materials zeitlich nacheinander eine Vielzahl von Prüfsignalen zu unterschiedlichen Erfassungszeiten erfasst, aus den entsprechend ihrer Erfassungszeiten geordneten Prüfsignalen ein Entwicklungstrend der Prüfsignale ermittelt und der Entwicklungstrend zur Vorhersage und Ermittlung zukünftig erwarteter Prüfsignale oder Prüfergebnisse verarbeitet. Hierdurch ist eine Trendanalyse der Prüfergebnisse möglich, die es erlaubt vorherzusehen, wie groß die Abweichung bestimmter Prozess- parameter zu einem vorgebbaren Zeitpunkt in der Zukunft sein werden, wenn beim Richtprozess keine unvorhersehbaren Veränderungen eintreten. Dadurch ist es möglich, in den Richtprozess korrigierend ein- - - zugreifen, bevor außerhalb der Toleranzgrenzen liegende Schlechtteile produziert werden.

Die bei der Prüfung ermittelten Prüfsignale bzw. Prüfergebnisse können auf unterschiedliche Weise zur Optimierung der Durchführung des Richtprozesses genutzt werden.

Bei manchen Ausführungsformen hat die Vorrichtung mindestens eine in Abhängigkeit von dem Prüfsignal ansteuerbare Anzeigeeinheit zur An- zeige einer aktuellen oder aufgrund einer Trendanalyse vorhergesagten Überschreitung einer Toleranzgrenze des Richtprozesses. Es kann sich z.B. um eine optische Anzeigeeinheit (z.B. mit einem Warnlicht o. dgl.) und/oder um eine akustische Anzeigeeinheit (mit einem Summer, einem Lautsprecher o. dgl.) handeln. Mit Hilfe der Anzeigeeinheit kann an ei- nen Maschinenbediener eine Information ausgegeben werden, dass beispielsweise eine Sortiergrenze zwischen Gutteilen und Schlechtteilen überschritten ist oder in absehbarer Zeit überschritten werden wird. Der Maschinenbediener kann dann rechtzeitig Korrekturmaßnahmen vornehmen, indem beispielsweise ein oder mehrere verstellbare Richtele- mente der Richteinheit und/oder ein oder mehrere verstellbare Förderelemente der Vorschubeinrichtung so verstellt werden, dass sich eine Verbesserung des Richtergebnisses ergibt.

Die vorzunehmenden Korrekturen am Richtprozess können von einem erfahrenen Maschinenbediener ohne weitere Informationen vorgenommen werden. Eine wirksame Hilfestellung für die Optimierung des Richtprozesses wird bei manchen Ausführungsformen dadurch gegeben, dass die Vorrichtung eine in Abhängigkeit von dem Prüfsignal arbeitenden Korrekturwert-Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung von Korrektur- werten für die Einstellung mindestens eines einstellbaren Elements der Richteinheit und/oder der Vorschubeinrichtung aufweist. Bei manchen Varianten werden die Korrekturwerte angezeigt oder ausgedruckt, so - - dass ein Masch inen bediener entsprechende Korrekturen an der Richteinheit und/oder an der Vorschubeinrichtung vornehmen kann.

Die Korrektur kann auch automatisiert sein. Hierzu ist bei manchen Aus- führungsformen eine Steuereinrichtung zum Steuern des Richtprozesses in Abhängigkeit von dem Prüfsignal der Prüfeinrichtung vorgesehen. In dieser Steuereinrichtung können Korrekturwerte automatisch verarbeitet werden, um beispielsweise mindestens einen motorisch verstellbaren Stellantrieb eines Richtelementes und/oder mindestens einen mo- torisch verstellbaren Stellantrieb eines verstellbaren Förderelementes anzusteuern.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Richten von langgestrecktem Material in einem automatisierten Richtprozess, insbe- sondere zum Richten von Draht- oder Rohrmaterial. Die Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung des Verfahrens konfiguriert. Die Vorrichtung umfasst eine Vorschubeinrichtung zum Fördern des Materials durch eine Richteinheit, die dafür eingerichtet ist, aus dem Material durch Umformen in einer Richtoperation gerichtetes Material zu erzeu- gen, und eine Prüfeinrichtung zum Prüfen einer Richtgüte des gerichteten Materials nach Durchlaufen der Richteinheit und zur Erzeugung mindestens eines die Richtgüte repräsentierenden Prüfsignals. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinrichtung eine elektromagnetische Prüfeinrichtung zur Bestimmung mindestens eines die Richtgüte repräsentierenden Richtgüteparameters aus mindestens einer elektrischen oder magnetischen Materialeigenschaft des gerichteten Materials ist.

Vorzugsweise hat die Vorrichtung eine Steuereinrichtung zum Steuern des Richtprozesses in Abhängigkeit von dem Prüfsignal der Prüfeinrichtung. Dadurch ist eine automatische Regelung des Richtprozesses auf Basis der ermittelten Richtgüteparameter möglich. Es ist bei diesen Va- - - rianten also eine Regeleinrichtung vorgesehen, die den Richtprozess bei Aktivierung automatisch regelt.

Bei bevorzugten Ausführungsformen können unterschiedliche Stellpa- rameter einzeln oder in Kombination verändert werden. Hierzu gehören u.a. die radiale und/oder axiale Stellung von Richtbacken (Richtdüsen) oder Richtrollen, die Vorschubgeschwindigkeit, bei rotierenden Richtflügeln deren Drehzahl und das Verhältnis zwischen Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit (ausgedrückt z.B. im sogenannten Richtverhält- nis), der Anpressdruck von Vorschubwalzen etc. Bei schlechter werdendem Richtergebnis können beispielsweise zuerst die einfacher zu verändernden Stellparameter wie die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Drehzahl (bei rotierenden Richtflügeln) verändert werden, die in der Regel bei kleinen Änderungen auch nur einen relativ schwachen Ein- fluss auf das Richtergebnis haben. Insbesondere diese Parameter können bei vielen Ausführungsformen von Maschinen im Betrieb, d.h. bei laufender Maschine, über entsprechende Parameteränderungen über die Steuerung verändert werden. Danach können ggf. Stellparameter mit stärkerem Einfluss verstellt werden, insbesondere der Anpressdruck von Vorschubwalzen. Auch dieser kann ggf. bei laufender Maschine verändert werden, wenn entsprechende Stellmittel vorhanden sind. Wenn diese Änderungen (alternativ oder in Kombination) keine ausreichenden Verbesserungen bringen, kann eine Änderung der Stellung der Richtbacken vorgenommen werden, die in der Regel auch bei kleinen Verände- rungen einen relativ starken Einfluss auf das Richtergebnis bzw. die Richtgüte haben. Hierfür können im Betrieb einstellbare Richteinheiten genutzt werden.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer magnet-induktiven Prüfeinrichtung zur Bestimmung der Richtgüte eines in einem automatisierten Richtprozess gerichteten langgestreckten Materials durch Bestimmung mindestens einer elektrischen oder magnetischen Materialei- - - genschaft des gerichteten Materials. Vorzugsweise sollte die Prüfeinrichtung eine hohe Sensitivität für Änderungen der Permeabilität des Materials haben. Die Prüfung kann insbesondere nach dem in dieser Anmeldung beschriebenen Verfahren und/oder mittels der in dieser An- meidung beschriebenen Prüfvorrichtung durchgeführt werden.

Vorzugsweise ist die Prüfeinrichtung eine Wirbelstrom-Prüfeinrichtung. Möglich ist auch der Einsatz von einem oder mehreren Hallsensoren, die empfindlich auf Magnetfelder reagieren, die senkrecht auf ein strom- durchflossenes Halbleitermaterial auftreffen. Auch Fluxgate-Manometer können ggf. eingesetzt werden.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN Fig. 1 zeigt eine mit einer Wirbelstrom-Prüfeinrichtung zur Erfassung der Richtgüte ausgestattete Rieht- und Abschneidemaschine zur Herstellung von gerichteten Stäben von der Bedienerseite; zeigt in Fig. 2A, Fig. 2B und Fig. 2C schematische Darstellun¬ gen zur Erläuterung von Grundlagen einer Wirbelstromprüfung zur Prüfung der Richtgüte; - -

Fig. 3 zeigt in Fig. 3A ein schematisches Spannungs-Zeit-Diagramm mit den zeitlichen Verläufen der Wechselspannung einer Sendespule und der in einer Empfangsspulenanordnung induzierten, phasenverschobenen Spannung nach Wechselwirkung mit einem Prüfmaterial, und in Fig. 3B eine vektorielle Darstellung der Situation aus Fig. 3A in einer komplexen Impedanzebene; und

Fig. 4 zeigt schematisch in einer komplexen Impedanzebene eine gemeinsame Darstellung von Prüfergebnissen einer Wirbelstromprüfung an gerichtetem Drahtmaterial für Richtprozesse mit unterschiedlichen Prozessparametern.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 zeigt eine Übersichtsdarstellung einer Ausführungsform einer Rieht- und Abschneidemaschine 100 zum Herstellen von gerichteten Elementen mit vorgebbarer Länge aus einem drahtförmigen metalli- sehen Material 105. Die im Folgenden auch schlicht als„Richtmaschine" 100 bezeichnete Drahtverarbeitungsmaschine ist zum Herstellen von gerichteten Stäben aus glattem Metalldraht mit Drahtdurchmessern zwischen ca. 1 mm und ca. 4 mm ausgelegt. Die gerade gerichteten und auf die richtige Länge geschnittenen Drahtelemente werden in großen Mengen z.B. zum Herstellen von Drahtkörben oder anderen Drahtkonstruktionen benötigt.

Die Richtmaschine ist in der Lage, bei hohem Materialdurchsatz und Durchlaufgeschwindigkeiten bis zu 120 m/min oder mehr, ggf. sogar von bis zu 360 m/min oder 400 m/min, große Stückzahlen solcher gerichteten Elemente mit Längen bis zu einem Meter oder mehr mit sehr kleinem Längenfehler herzustellen. - -

Das drahtförmige Material liegt zunächst auf einer großen Drahtspule (coil) vor und wird mit Hilfe einer in der Regel als Vorschubeinrichtung bezeichneten Fördereinrichtung vom Materialvorrat abgezogen und in die Richtmaschine hineingefördert. Die Vorschubeinrichtung hat an der Eingangsseite der Richtmaschine ein Paar von Schubwalzen 1 12, die den Draht vom Materialvorrat abziehen und in Richtung der in Durchlaufrichtung 102 nachgeschalteten Richteinheit 120 fördern. Bei anderen Ausführungsformen sind zwei hintereinander geschaltete Paare von Schubwalzen vorgesehen. Die gegenläufig drehenden Schubwalzen werden mit einem einstellbaren Schubwalzendruck an das durchlaufende Material angedrückt.

Die Richteinheit dient zum Geraderichten des von den Schubwalzen in den Arbeitsbereich der Richteinheit geförderten Materials in einer Richtoperation. Die Richteinheit hat zu diesem Zweck einen rotierend antreibbaren Richtflügel 122 mit mehreren mit axialem Abstand hintereinander angeordneten und radial gegeneinander versetzten Richtelementen mit düsenförmigen Durchführungsöffnungen (Richtdüsen) für das Material. Der Richtflügel kann über einen Drehantrieb mit Drehzahlen bis zu 16000 U/min gedreht werden, die Drehzahl ist stufenlos einstellbar. Die Richtdüsen an der Einlaufseite und an der Auslaufseite sind zentrisch zur Rotationsachse des Richtflügels angeordnet. Bei den dazwischen liegenden drei Richtelementen liegen die Richtdüsen exzent- risch zur Rotationsachse. Die exzentrische Position in Bezug auf die Rotationsachse kann verstellt werden. Solche Richteinrichtungen erlauben beim Durchlauf eine Verbiegung des zu richtenden Materials in allen Ebenen, um im Material ein bestimmtes, zu einer Geradheit führendes Eigenspannungsgieichgewicht einzustellen.

Für die radiale Verstellung der Positionen der Durchführungsöffnungen der verstellbaren Richtelemente sind Stellmittel vorhanden, die bei die- - - ser Ausführungsform bei ruhender Anlage vom Maschinenbediener mittels eines Einstellwerkzeugs manuell verstellt werden können. Bei anderen Ausführungsformen sind die verstellbaren Richtdüsen automatisiert während des Rotationsbetriebs verstellbar.

Unmittelbar hinter der Richteinheit ist ein Paar von Zugwalzen 1 16 angeordnet, die zur Vorschubeinrichtung der Richtmaschine gehören und das gerichtete Material aus der Richteinheit herausziehen. Die gegenläufig drehenden Zugwalzen werden mit einem einstellbaren Zugwal- zendruck an das durchlaufende Material angedrückt. Bei anderen Ausführungsformen sind zwei Paare von Zugwalzen vorgesehen.

Mit Abstand hinter den Zugwalzen ist eine der Richteinheit nachgeschaltete Schnitteinrichtung 130 angebracht, die zum Abtrennen von Ab- schnitten vorgebbarer Länge von dem gerichteten Material vorgesehen ist, um dadurch die gerichteten Elemente vorgebbarer Länge zu erzeugen. Die Schnitteinrichtung arbeitet mit stehendem Schnitt, der durch ein intermittierend angesteuertes Schermesser erreicht wird. Der Drahtvorschub arbeitet hierbei kontinuierlich, der durchlaufende Draht wird kurz- zeitig gestoppt, sobald das Schermesser in die Drahtbahn eintaucht, wobei die Vorschubwalzen dann kurzzeitig über den Draht rutschen (Schlupf). Bei anderen Ausführungsformen ist die Schnitteinrichtung ist für einen rotierenden Schnitt ausgelegt, so dass das Material während des Schneidvorganges ohne Vorschubunterbrechung immer gleichmä- ßig durch den rotierenden Richtflügel und die Schneideinrichtung laufen kann.

An der Auslaufseite der Richtmaschine befindet sich der sogenannte Anbau 180 mit einer Führungsrinne, in die die gerichteten Elemente hin- eingeschoben werden. Wird die eingestellte Länge erreicht, so wird der Draht abgeschnitten und fällt in eine Sammelmulde 150. Dieser Grundaufbau kann für unterschiedliche Längen genutzt werden. - -

Um die gewünschte Länge der gerichteten Elemente mit hoher Genauigkeit zu erreichen, ist ein nicht dargestelltes Längenmesssystem zum Messen der Länge des Materials und zum Erzeugen eines die Länge repräsentierenden Messsignals vorgesehen. Das Messsignal wird von der mit einer zentralen Prozessoreinheit (central prozessing unit, CPU) ausgestatteten Steuereinrichtung 140 der Richtmaschine zum Ansteuern der Schnitteinrichtung 130 verarbeitet, um einen positionsrichtigen Schnitt zu erzeugen. Das Messsystem kann z.B. ein am durchlaufenden Material abrollendes Messrad mit einem Drehgeber aufweisen, dessen Signale die Längeninformation enthalten. Auch berührungslos arbeitende, z.B. optische Längenmesssysteme sind möglich. Der Messkopf (z.B. Messrad oder optischer Messkopf) des Längenmesssystems kann z.B. zwischen den Zugwalzen und der Schnitteinrichtung angeordnet sein.

In die Rieht- und Abschneidemaschine 100 ist eine Prüfeinrichtung 160 zum Prüfen der Richtgüte des gerichteten Materials nach Durchlaufen der Richteinheit integriert. Die Prüfeinrichtung ist eine elektromagnetische Prüfeinrichtung, die dafür eingerichtet ist, mindestens einen die Richtgüte repräsentierenden Richtgüteparameter aus mindestens einer elektromagnetische erfassbaren Materialeigenschaft des gerichteten Materials zu bestimmen und dabei mindestens ein die Richtgüte repräsentierendes Prüfsignal zu erzeugen. Bei der Ausführungsform ist die Prüfeinrichtung 160 eine magnet-induktive Wirbelstrom-Prüfeinrichtung. Zur Prüfeinrichtung gehört eine Prüfspulenanordnung 165 mit mindestens einer an eine Wechselspannungsquelle angeschlossenen Sendespule 166 und mindestens einer an eine Auswerteeinrichtung angeschlossene Empfangsspule 167 (vgl. Fig. 2A). Die Prüfspulenanordnung ist als Durchlaufspulenanordnung ausgestaltet, so dass das gerichtete Material 105 bei der Prüfung durch die Prüfspulenanordnung (Sendespule und Empfangsspule) hindurch verläuft. Die Prüfspulenanordnung ist im Beispielsfall in Materialdurchlaufrichtung 102 unmittelbar hinter - - den Zugwalzen 1 16 zwischen diesen und der Schnitteinrichtung 130 angeordnet und erlaubt somit eine Wirbelstromprüfung des gerichteten Materials, nachdem dieses durch die Richteinheit 120 und die dieser nachgeschalteten Zugwalzen 1 16 hindurchgelaufen ist.

Anhand von Fig. 2 wird die Funktion näher erläutert. An die Sendespule wird eine Wechselspannung Us angelegt, die auch als Anregungsspannung oder Erregerspannung bezeichnet wird. Mit Hilfe der Sendespule 166 wird für die Prüfung ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, welches in das durchlaufende Material eindringt. Dabei nimmt die wirksame magnetische Feldstärke H in Radialrichtung des Materials von außen nach innen ab (vg. Fig. 2B). Das eindringende Wechselfeld induziert im Material Wirbelströme, die wiederum elektromagnetische Wechselfelder erzeugen, die im Bereich der Empfangsspule 167 Spannungssig- nale (Empfängerspannung UE) induzieren, die als Prüfsignale weiter ausgewertet werden.

Die Sendespulenanordnung kann eine oder mehrere Spulen aufweisen. Gleichermaßen kann die Empfangsspulenanordnung eine oder mehrere Spulen aufweisen. Gegebenenfalls können die Sendespulenanordung und die Empfangsspulenanordnung durch die gleiche Spulenanordnung gebildet sein, wie z.B. bei einer parametrischen Spulenanordnung. Mit der Prüfungseinrichtung ist es möglich, die Richtgüte anhand von elektromagnetisch erfassbaren Materialeigenschaften zu qualifizieren, wobei vor allem der Eigenspannungszustand des gerichteten Materials anhand seines Einflusses auf die Permeabilität des Materials geprüft wird.

Die an die Prüfspulenanordnung angeschlossene Auswerteeinrichtung 162 steuert eine Anzeigeeinheit mit einem Bildschirm 161 , an welchem Prüfergebnisse graphisch aufbereitet (vgl. Fig. 4) und in Form von Zahlenwerten dargestellt werden können. Die Auswerteeinrichtung steuert auch eine Warn-Anzeigeeinheit mit einem Warnlicht 169 sowie einem - - nicht dargestellten Summer (akustische Anzeige). Die Auswerteeinrichtung ist signaltechnisch mit der Steuereinrichtung 140 der Richtmaschine verbunden, so dass Einstellungen von Prozessparametern an der Richtmaschine auf Basis der Prüfergebnisse automatisch oder halbau- tomatisch vorgenommen werden können.

Fig. 3 zeigt stark vereinfachte Diagramme zur Erläuterung von Grundlagen des Messprinzips. In dem Spannungs-Zeit-Diagramm von Fig. 3A ist die an der Sendespulenanordnung 166 anliegende Wechselspannung Us als sinusförmiger Spannungsverlauf gezeigt. Das dadurch erzeugte elektromagnetische Wechselfeld dringt in das gerichtete Material ein, wobei der Betrag der magnetische Feldstärke H mit der Eindringtiefe in radialer Richtung (Radius r) abnimmt (vgl. Fig. 2B). Das eindringende Wechselfeld induziert im gerichteten Material Wirbelströme, welche wie- derum elektromagnetische Wechselfelder induzieren, die auf die Empfangsspulenanordnung 167 rückwirken und in der Empfangsspulenanordnung ein Wechselspannungssignal (Empfangssignal) U E induzieren. Wird das Sendesignal Us als Referenzsignal genutzt, so kann das Empfangssignal U E charakterisiert werden durch eine Phasenverschiebung P relativ zum Referenzsignal sowie durch seine Amplitude A.

Figur 3B zeigt, dass das Empfangssignal U E als Punkt in einer komplexen Impedanzebene dargestellt werden kann, die auf der X-Achse den Imaginärteil IM und auf der Y-Achse den Realteil des Empfangssignals U E zeigt. Dabei repräsentiert die Länge des Vektors die Amplitude A, während der Winkel gegenüber der X-Achse den Winkel der Phasenverschiebung P repräsentiert. Es ist ersichtlich, dass unterschiedliche Empfangssignale (Unterschiede bei Amplitude und/oder Phase) zu unterschiedlich liegenden Punkten in der Impedanzebene führen.

Die quantitative Richtgüteprüfung mit Hilfe der Wirbelstromprüfung nutzt u.a. aus, dass die Richtoperation den inneren Materialzustand des ge- - - richteten Materials, vor allem auch die Hysteresekurve des Materials beeinflusst bzw. verändert. Die Hysteresekurve (vgl. Fig. 2C) gibt bekanntlich den Zusammenhang zwischen der auf ein Material einwirkenden magnetischen Feldstärke H und der dadurch induzierten magneti- sehen Flussdichte bzw. magnetischen Induktion B im Material an. Diese Größen sind über die Permeabilität μ als Proportionalitätsfaktor gemäß B = μ H verknüpft.

Die Hysteresekurve führt dazu, dass bei einem sinusförmigen Sende- Signal das Empfangssignal nicht mehr sinusförmig, sondern durch die nicht-lineare Form der Hysterese kurve verzerrt ist. Insbesondere diese „nicht-sinusförmige Verzerrung" des Empfangssignals enthält Informationen über die Form der Hysteresekurve des gerichteten Materials und somit auch Informationen über den Materialzustand, der die Hysterese- kurve beeinflusst. Zu den Einflussgrößen, die großen Einfluss auf die Permeabilität μ haben, gehören die Eigenspannungen innerhalb des gerichteten Materials sowie gegebenenfalls besondere Gefügezustände. Dieser Zusammenhang wird für die magnetinduktive Richtgüteprüfung genutzt.

Innerhalb der Auswerteeinrichtung wird das nicht-sinusförmige, periodische Empfangssignal U E über eine Fourierzerlegung in eine Reihe sinusförmiger Terme entwickelt. Dabei treten nur ungeradzahlige Vielfache der angeregten Grundwelle auf. Diese werden als Harmonische oder Oberwellen bezeichnet und beschreiben die Verzerrung des Empfangssignals infolge der Wechselwirkung mit dem gerichteten Material. Üblicherweise wird die Grundwelle (Grundfrequenz) mit dem Kürzel f1 bezeichnet, die ungeradzahligen Vielfachen der angeregten Frequenz im Empfangssignal mit f3 (3-fache Grundfrequenz), f5 (5-fache Grund- frequenz) etc.. Es hat sich herausgestellt, dass die Oberwellen mit der 3- fachen Frequenz (f3) und die Oberwellen mit der 5-fachen Frequenz (f5) der Grundwelle in der Regel bei der Prüfung von gerichtetem Material - - besonders aussagekräftig sind. Auch bei der Oberwellenanalyse lassen sich die Empfangssignale als Punkte in einer komplexen Impedanzebene darstellen, indem beispielsweise die Phase P und die Amplitude A der dritten Harmonischen (f3) ausgewertet werden.

Zum Nachweis der Korrelation zwischen der Richtgüte und den mittels Wirbelstromprüfung erfassbaren elektromagnetischen Materialeigenschaften, insbesondere der Permeabilität, wurden auf einer Drahtricht- und Abschneidemaschine R 23 der Firma WAFIOS AG, Reutlingen zahl- reiche Versuchsserien mit metallischen Materialien unterschiedlicher Festigkeit aus dem Durchmesserbereich zwischen 2 mm und 4 mm durchgeführt. Als Prüfvorrichtung wurde ein unter der Marke MAGNATEST ® erhältliches Prüfgerät zur zerstörungsfreien magnetinduktiven Wirbelstromprüfung der Firma Institut Dr. Foerster, Reutlingen verwendet.

In den Versuchen wurde zunächst für jedes Material durch einen erfahrenen Bediener die Richtmaschine so eingestellt, dass Gutteile mit überdurchschnittlich guter Geradheit (geringerer Krümmung) erzeugt wurden. Zur Qualifizierung der Richtgüte wurden Sichtprüfungen und Rollprüfungen durchgeführt. Die elektromagnetischen Eigenschaften des gerichteten Materials nach Durchlauf durch den rotierenden Richtflügel und die Zugwalzenanordnung wurde jeweils mittels Wirbelstromprüfung bestimmt.

Dann wurden in verschiedenen Versuchsreihen einzelne Prozessparameter gegenüber den für die Fertigung der Referenzteile (Gutteile) eingestellten Prozessparametern verändert. Auch für diese Serien von gerichteten Elementen wurden jeweils für die elektromagnetischen Eigen- schaffen erfasst sowie eine konventionelle Geradheitsprüfung durchgeführt. Tabelle I zeigt Parameter für ein Standard-Versuchsprogramm. - -

Tabelle 1

Neben den Referenzteilen mit optimaler Geradheit (Klasse A) wurden fünf unterschiedliche Bearbeitungsvarianten (Klassen B bis F) gefahren, wobei jeweils einzelne Bearbeitungsparameter gegenüber der Referenzbearbeitung verändert wurden. Die Drehzahl n R des Richtflügels betrug bei allen Versuchsserien 9000 U/min. Bei allen Versuchen wurde der Anpressdruck SW der Schubwalzen konstant bei 3 bar gehalten. Parameter ZW beschreibt den Zugwalzendruck (in bar), der in den Serien B und C gegenüber den Referenzverfahren auf 5 bar erhöht wurde. Weiterhin wurde die Vorschubgeschwindigkeit v E und damit auch das Richtverhältnis RV variiert. Das Richtverhältnis RV ist hierbei definiert als RV = (v E * 1000) / (n R * d), wobei v E die Einzugsgeschwindigkeit bzw. Vorschubgeschwindigkeit [m/min], n R die Drehzahl des Richtflügels [1/min] und d der Drahtdurchmesser [mm] ist. Weiterhin wurde für eine Versuchsserie die Stellung der Richtbacken variiert. Der zugehörige Parameter RB gibt den Abstand von der Richtflügelaußenseite zu der ent- sprechenden Stellmutter an. Die vorletzte Spalte gibt das Ergebnis der geometrischen Geradheitsprüfung qualitativ an. In der letzten Zeile ist die Temperatur T [°C] des Materials nach dem Richten gezeigt.

Für jeden Satz von Prozessparametern wurde eine Serie von ca. 20 ge- richteten Elementen hergestellt und die Messergebnisse ausgewertet. Dabei hat es sich gezeigt, dass bei gleichbleibenden Prozessparame- - - tern die jeweiligen Messwerte in der Impedanzebene relativ eng zusammen liegen. Die Messergebnisse wurden mittels statistischer Auswertung in Sortiergruppen gruppiert, wobei sich als Gruppengrenze eine elliptische Form als geeignet herausgestellt hat.

Fig. 4 zeigt schematisch die Messergebnisse bei einer Versuchsserie an einem Weichdraht mit Kupfermantel und 2 mm Durchmesser. Die Messergebnisse sind in einer komplexen Impedanzebene dargestellt, die auf der X-Achse den Imaginärteil IM und auf der Y-Achse den Realteil des Empfangssignals U E zeigt. Im Vergleich zu Fig. 3B ist der Koordinatennullpunkt gegenüber dem absoluten Nullpunkt verschoben. Diese Verschiebung resultiert aus einem Nullabgleich auf dem Material und einer gerätespezifischen Phasendrehung zur besseren Darstellung des Impedanzebenenabschnitts.

Die Messung wurde mit einer selbstkompensierenden Durchlaufspule in Form einer transformatorischen Absolutspule mit 4 mm Durchmesser durchgeführt. Es ist deutlich erkennbar, dass die einzelnen Sortiergruppen in der Impedanzebene räumlich klar getrennt vorliegen. In der ge- wählten Darstellung liegen die Messergebnisse für die Referenzteile (Klasse A) mittig im unteren Bereich des dargestellten Ebenenausschnitts. Die Messwerte für die Klasse B liegen dagegen etwa mittig im oberen Bereich des Ebenenausschnitts. Wie sich aus Tabelle 1 ergibt, wurde für die Gruppe B lediglich der Zugwalzendruck ZW von 3 bar auf 5 bar erhöht. Die Steigerung des Zugwalzendrucks wird im Diagramm qualitativ durch das Kürzel ZW+ dargestellt. Ausgehend von dem Parametersatz für die Klasse B wurde dann für die gerichteten Elemente der Klasse C die Vorschubgeschwindigkeit von 70 m/min auf 120 m/min erhöht, wodurch sich das Richtverhältnis RV von 2,3 auf 3,9 erhöhte. Im Diagramm von Fig. 4 führt eine Erhöhung des Richtverhältnisses (RV+) zu einer signifikanten Verschiebung der Messwerte nach links (parallel zur Imaginärachse). - -

Die gerichteten Teile hatten in beiden Fälle B und C jeweils leichte ba- nanenförmige Abweichungen von der Geradheit und waren insoweit allein aufgrund ihrer Form nicht unterscheidbar. In den Messergebnissen der magnetinduktiven Prüfung hat sich dagegen das geänderte Richtverhältnis signifikant bemerkbar gemacht.

Wurde ausgehend von den Einstellungen für die Referenzteile (Klasse A) bei gleichbleibendem Zugwalzendruck (ZW = 3 bar) die Vorschubge- schwindigkeit und damit das Richtverhältnis verringert (RV-), so ergaben sich die Messwerte für die Gruppe E, die sich von der Messwertegruppe A hauptsächlich durch einen etwas größeren Imaginäranteil (Verschiebung in der Impedanzebene nach rechts) und etwas höheren Realteil unterscheiden. Durch die Pfeile und die damit verbundenen Symbole in Fig. 4 ist dargestellt, wie sich Änderungen der Prozessparameter, insbesondere eine Steigerung oder Absenkung des Zugwalzendrucks ZW bzw. Änderung des Vorschubs bzw. des Richtverhältnisses, in signifikanter Weise auf die Messwerte der Wirbelstromprüfung auswirkten. Die Darstellung in Fig. 4 kann als repräsentativ für eine Vielzahl von Versuchen mit Drähten unterschiedlicher Durchmesser (zwischen 2 mm und 4 mm) und unterschiedlichen Festigkeiten (von weichem Biegedraht bis zu relativ festem Federstahldraht) angesehen werden. Bei gleichbleibender Rotationsgeschwindigkeit der Richtflügel haben unter ande- rem die Vorschubgeschwindigkeit (mit ihrem Einfluss auf das Richtverhältnis) und die Andrückkraft der Zugwalzen einen klar messbaren Einfluss auf das Richtergebnis. Es ist eine klare Unterscheidung zwischen Gutteilen und Schlechtteilen bei sehr guter Reproduzierbarkeit der Messergebnisse möglich.

Für den Durchmesserbereich zwischen 2 mm und 4 mm hat sich eine Anregungsfrequenz von 8 Hz als vorteilhaft herausgestellt, grundsätzlich - - scheinen niedrige Anregungsfrequenzen zwischen 1 Hz und 10 Hz vorteilhaft, um einerseits gute Eindringtiefen und andererseits eine gute „räumliche" Trennung der Sortiergruppen zu erreichen. Die Temperatur bei der Messung kann einen signifikanten Einfluss auf die Messergebnisse haben. Bei Verwendung einer kompensierten Spulenanordnung (wie bei den Ausführungsbeispielen) kann dieser Einfluss kompensiert werden. Dies ermöglicht, dass zur Durchführung der Messung nicht bis zum Abkühlen der durch den Richtprozess gegebenen- falls erwärmten Materialien gewartet werden muss. Eine in-line Prüfung bei durchlaufendem Material ist also auch insoweit möglich.

Anhand des Diagramms von Fig. 4 und Tabelle 1 wird deutlich, dass das elektromagnetische Prüfverfahren wesentlich detailliertere Aussagen über den Richtprozess zulässt als die reine Geometrieprüfung zur Bestimmung der„Geradheit". So unterscheiden sich beispielsweise die gerichteten Elemente der Klassen B und C in der Sichtprüfung kaum, weil beide eine leichte Bananenform haben. Bei denjenigen der Gruppe C wurde jedoch eine höhere Vorschubgeschwindigkeit (höheres Richtver- hältnis) genutzt, woraus offenbar ein anderer Eigenspannungszustand resultiert, der in der elektromagnetischen Prüfung zu signifikant anderen Messwerten führt. Es ist möglich, dass sich Teile der Gruppen B und C in einer späteren Weiterverarbeitung deutlich unterscheiden. Beispielsweise wird gelegentlich beobachtet, dass sich manche Drähte trotz aus- reichender Geradheit nach dem Richten in späteren Weiterverarbeitungsstufen unter Erwärmung so stark deformieren, dass die Weiterverarbeitung aufwändiger oder unmöglich wird. Auch beim Biegen kann es nachträglich zu Deformationen kommen, die zu nicht lehrenhaltigen Teilen (Teilegeometrie außerhalb der Toleranz) führen.

Mit Hilfe des elektromagnetischen Prüfverfahrens ist es nun möglich, anhand weniger Versuchsteile den optimalen Parametersatz für die Rieht- - - maschine zu finden, der nicht nur zu einer ausreichenden Geradheit der Elemente unmittelbar nach dem Richten, sondern auch zu einem gutmütigen Verhalten bei nachgeordneten Weiterverarbeitungsstufen führt. Durch das Prüfverfahren ist somit eine neue Dimension der Richtgüteprü- fung eröffnet.

Bei manchen Ausführungsformen von Richtmaschinen werden die aktuell erfassten Prüfsignale in der Auswerteeinheit mit vorher ermittelten und eingegebenen Sollwerten verglichen, um zu ermitteln, ob die Richt- güte des gerichteten Materials innerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen bleibt. Die Richtmaschine aus Fig. 1 ist so konfiguriert, dass bei Annäherung an die Toleranzgrenze oder bei Toleranzüberschreitung eine akustische und eine optische Anzeigeeinheit 169 angesteuert werden, die einerseits ein hörbares Warnsignal und andererseits ein weithin sichtbares Leuchtsignal abgeben, um anzuzeigen, dass Korrekturen bei der Einstellung des Richtprozesses erforderlich sind.

Vorzugsweise werden auch Korrekturwerte ermittelt und angezeigt, die es einem Bediener ermöglichen, weitgehend ohne eigene Versuche Verstellungen in die richtige Richtung und/oder im richtigen Ausmaß vorzunehmen. Beispielsweise kann angezeigt werden, dass die Vorschubgeschwindigkeit um einen bestimmten Betrag erhöht oder erniedrigt werden muss und/oder dass der Zugwalzendruck erhöht oder verringert werden muss. Ein Bediener kann den Richtprozess dann unter- brechen, um Veränderungen eines oder mehreren Richtparameter vorzunehmen, bevor der Richtprozess fortgesetzt wird. Die Produktion von Ausschuss wird dadurch vermieden.

Bei manchen Ausführungsformen ist die Steuerung so eingerichtet, dass eine Verstellung der Vorschubgeschwindigkeit und/oder der Richtflügeldrehzahl automatisch auf Basis der Korrekturwerte erfolgt. - -

Bei einer nicht bildlich dargestellten Ausführungsform hat die Richteinheit zwischen einer Einlaufdüse und einer Auslaufdüse ein oder mehrere verstellbare Richtelemente, deren Lage während des Betriebs der Richteinheit, also bei drehendem Richtflügel, mit Hilfe eines geeigneten Stellantriebs definiert verändert werden kann, um die Wirkung der Richteinheit beim Richten zu verändern. Richteinheiten mit einem oder mehreren während des Betriebs verstellbaren Richtelementen sind beispielsweise aus der EP 0 620 050 B1 bekannt. Auch die in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2010 0541 1.2 vom 10. Dezember 2010 beschriebene Richteinheit mit einem Verstellring erlaubt eine Verstellung der relativen Positionen von Richtelementen der Richteinheit gegeneinander während des Betriebs und kann im Rahmen einer solchen Richtmaschine verwendet werden. Entsprechendes gilt für die modular aufgebaute Richteinheit, die in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2010 054 1 1 1.7 vom 10. Dezember 2010 beschrieben ist.

Vorzugsweise ist auch der Anpressdruck der Zugwalzen des Zugwalzenpaares 1 16 während des Betriebs veränderbar. Hierzu kann ein pneumatischer, hydraulischer oder motorischer Stellantrieb vorgesehen sein, der an die Steuereinrichtung 140 der Richtmaschine angeschlossen ist und von dieser als Reaktion auf Signale der Prüfvorrichtung 160 angesteuert werden kann, um den Zugwalzendruck zu erhöhen oder zu erniedrigen. Bei einer Ausführungsform sind Proportionalventile vorgesehen, die eine Veränderung des Anpressdrucks im Betrieb über die Steuerung erlauben. Es ist auch möglich, eine automatische motorische Verstellung von Stellschrauben vorzusehen.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Varianten beschränkt. Insbesondere können die Vorteile der Erfin- dung unabhängig vom Richtprinzip (z.B. Richtapparat oder rotierender Richtflügel) genutzt werden. Eine Richteinheit kann einen oder mehrere ggf. gegensinnig drehende Richtflügel (siehe z.B. DE 69703343 bzw. - -

WO 97/29872 A) und/oder einen oder mehrere Richtapparate enthalten. Es ist auch möglich, Richtapparate mit Hyperbol-Rollen zu verwenden, also mit schräg zum Draht angestellten Rollen, die durch ihre Form und Anstellung eine Vorschubkraft auf den Draht bzw. das zu richtende Ma- terial ausüben (vgl. z.B. WO 2010/044009). Auf eine gesonderte Vorschubeinheit kann dann ggf. verzichtet werden. Es sind somit auch Varianten möglich, bei denen die Vorschubeinheit und die Richteinheit durch die gleiche Einheit gebildet sind. Das Verfahren kann nicht nur auf Drahtricht- und Abschneidemaschinen, sondern auf allen Draht- und Rohrbiegemaschinen eingesetzt werden. Bei dem zu richtenden Material kann es sich insbesondere um glatte oder an der Außenseite strukturierte Drähte (z.B gerippte Drähte für Armierungszwecke im Betonbau) oder um Rohre handeln. Der Durchmesser des Materials kann auch kleiner oder größer als bei den detailliert dargestellten Ausführungsbeispielen sein, z.B. bis zu 10 mm oder darüber.

Das zu prüfende Material muss elektrisch leitend sein, es kann magnetisch bzw. magnetisierbar oder nichtmagnetisch sein. Insbesondere im Hinblick auf die Verarbeitung und Prüfung nichtmagnetischer Materialien sei noch Folgendes angemerkt. Als Konsequenz von Eigenspannungen entstehen Versetzungen in der Gitterstruktur eines Materials. Diese Versetzungen führen neben der Änderung der Permeabilität auch zu einer Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit. Eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit kann z.B. mit dem Stromdurchflutungsverfahren ge- messen werden, was einen hohen messtechnischen Aufwand erfordert. Die Änderung der Wirbelstromsignalamplitude auf Grund von Leitfähigkeitsänderungen ist in der Regel um mehr als eine Größenordung kleiner als eine Veränderung der Wirbelstromsignalamplitude, die durch eine Permeabilitätsänderung hervorgerufen wird. Für die Prüfung nicht- magnetischer Materialien kann die Prüfung durchgeführt werden, indem durch Eigenspannungen auftretende Änderungen der Stromdichte (J) bei vorgegebenen elektrischen Feld (E) erfasst und ausgewertet wer- - - den. Bei diesem magnetinduktivem Verfahren sollte mit höheren Frequenzen gearbeitet werden, insbesondere aus dem Frequenzbereich zwischen 60 kHz und 500 kHz.