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Patent Searching and Data


Title:
FORMING MACHINE HAVING AN INFEED DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/028204
Kind Code:
A1
Abstract:
A forming machine for producing molded parts from an elongate workpiece, in particular from a wire, comprises a forming device having one or more forming units for receiving forming tools, and an infeed device (300) for feeding in an elongate workpiece from a material stock and for conveying the workpiece parallel to a transport axis (310) in the region of the forming device. The infeed device (300) is designed as a belt infeed device and has two transport belts (305-1, 305-2) which revolve in opposite directions and which, on sides facing each other, with outer faces facing each other delimit a transport gap (315), extending in the direction of the transport axis, for guiding the workpiece through. An aligning unit (400) for aligning the workpiece coming from the workpiece stock before entry into the infeed device (300) is upstream of the infeed device (300). The infeed device (300) is rotatable about an infeed rotation axis, which is coaxial to the transport axis (310), through predefinable rotation angles by means of a rotary drive (350).

Inventors:
WEBER SAMUEL JOHANNES (DE)
SCHUR ANDREAS (DE)
KUHNERT OLIVER (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/071110
Publication Date:
February 18, 2021
Filing Date:
July 27, 2020
Export Citation:
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Assignee:
WAFIOS AG (DE)
International Classes:
B21F1/00; B21F1/02; B21F23/00; H01R43/28
Foreign References:
EP0949021A21999-10-13
EP3219654A12017-09-20
EP2710715B12015-11-25
US20040211236A12004-10-28
EP1340561A12003-09-03
EP3184191A12017-06-28
EP2710715B12015-11-25
Attorney, Agent or Firm:
PATENTANWÄLTE RUFF, WILHELM, BEIER, DAUSTER & PARTNER MBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Umformmaschine (100) zur Herstellung von Formteilen aus einem langgestreckten Werkstück, insbesondere aus einem Draht, mit: einer Umformeinrichtung (200) mit einer oder mehreren Umformeinheiten (220, 230, 240) zur Aufnahme von Umformwerkzeugen, einer Einzugseinrichtung (300) zum Einziehen eines langgestreckten Werkstücks von einem Materialvorrat und zum Fördern des Werkstücks parallel zu einer Transportachse (310) in den Bereich der Umformeinrichtung (200), wobei die Einzugseinrichtung (300) als Riemeneinzugseinrichtung ausgebildet ist und zwei gegenläufig umlaufende Transportriemen (305-1, 305-2) aufweist, welche an einander zugewandten Seiten mit einander zugewandten Außenflächen einen in Richtung der Transportachse langgestreckten Transportspalt (315) zum Hindurchführen des Werkstücks begrenzen; einer der Einzugseinrichtung (300) vorgeschalteten Richteinheit (400) zum Richten des vom Werkstückvorrat kommenden Werkstücks vor Eintritt in die Einzugseinrichtung (300); dadurch gekennzeichnet, dass die Einzugseinrichtung (300) mittels eines Drehantriebs (350) um eine zur Transportachse (310) koaxiale Einzugs-Drehachse um vorgebbare Drehwinkel drehbar ist.

2. Umformmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die

Einzugseinrichtung (300) für jeden Transportriemen (305-1, 305-2) zwei achsparallele Umlenkrollen (316, 317) aufweist, von denen mindestens eine mittels eines Antriebs antreibbar ist, wobei die Einzugseinrichtung vorzugsweise zwischen den Umlenkrollen wenigstens eine Stützrolle (318) zum Stützen des Transportriemens in einem zum Kontakt mit dem Werkstück vorgesehenen Abschnitt aufweist.

3. Umformmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportriemen (305-1, 305-2) als Zahnriemen ausgebildet sind.

4. Umformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzugseinrichtung (300) eine Zustelleinrichtung zur stufenlosen symmetrischen gegenläufigen Zustellung der Transportriemen (305-1, 305-2) in einer senkrecht zur Transportrichtung (310) verlaufenden Zustellrichtung aufweist.

5. Umformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Messeinrichtung (380) zur Messung der mittels der Einzugseinrichtung (300) geförderten Werkstücklänge, wobei vorzugsweise die Messeinrichtung (380) wenigstens ein Messrad (381) aufweist, das gemeinsam mit einem Gegenelement, insbesondere einem Laufrad (382) oder einem weiteren Messrad, einen Messspalt zum Hindurchführen des Werkstücks begrenzt.

6. Umformmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (380) synchron mit der Einzugseinrichtung (300) um die Transportachse (310) drehbar ist.

7. Umformmaschine nach einem der Ansprüche 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen um die Transportachse (310) drehbar gelagerten Trägerrahmen (320), der eine erste Wand (324) mit einer der Richteinheit (400) zugewandte Einlassöffnung und eine zweite Wand (326) mit einer der Umformeinrichtung (200) zugewandte Auslassöffnung aufweist, wobei die

Einzugseinrichtung (300) und die Messeinrichtung (380) zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung an dem Trägerrahmen (320) montiert sind.

8. Umformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Richteinheit (400) synchron mit der Einzugseinrichtung (300) um die Transportachse drehbar ist, wobei vorzugsweise ein Trägerrahmen (420) der Richteinheit (400) mechanisch drehfest mit einem Trägerrahmen (320) für die Einzugseinrichtung (300) verbunden ist.

9. Umformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformeinrichtung (200) zwei, drei oder mehr um die Transportachse

(310) herum verteilt angeordnete und wahlweise in Eingriff mit dem Werkstück zustellbare Umformeinheiten (220, 230, 240) aufweist.

Description:
Umformmaschine mit Einzugseinrichtung

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK

Die Erfindung bezieht sich auf eine Umformmaschine zur Herstellung von Formteilen aus einem langgestreckten Werkstück, insbesondere aus einem Draht.

Umformmaschinen sind Werkzeugmaschinen, die mit Hilfe geeigneter Werkzeuge aus langgestreckten Halbzeugen wie Draht, Rohr, Band oder dergleichen in einem automatischen Herstellungsprozess kleinere oder größere Serien von Formteilen mit teilweise komplexer Geometrie überwiegend durch Umformen erzeugen können. Bei einer Umformmaschine kann es sich beispielsweise um eine Biegemaschine zum Erzeugen von zweidimensional oder dreidimensional gebogenen Biegeteilen aus Drahtmaterial, Bandmaterial oder Rohrmaterial durch Biegen oder um eine Federherstellungsmaschine zur Herstellung von Druckfedern, Zugfedern, Schenkelfedern oder anderen federartigen Formteilen durch Federwinden oder Federwickeln handeln.

Zur effizienten Herstellung großer Stückzahlen von Formteilen werden heutzutage hochproduktive, computernumerisch gesteuerte, mehrachsige Umformmaschinen eingesetzt. Eine solche Umformmaschine hat mehrere steuerbare Maschinenachsen, ein Antriebssystem mit mehreren elektrischen Antrieben zum Antreiben der Maschinenachsen und eine Steuereinrichtung zur koordinierten Ansteuerung von Arbeitsbewegungen der Maschinenachsen in einem Fertigungsprozess gemäß einem für den Fertigungsprozess spezifischen, computerlesbaren Steuerprogramm.

Bei der Herstellung von Formteilen aus Draht wird der Draht unter der Steuerung durch ein NC- Steuerprogramm mittels einer Einzugseinrichtung der Umformmaschine von einem Werkstückvorrat (z.B. Haspel) zu einer Umformeinrichtung der Umformmaschine eingezogen bzw. gefördert. Durch die in Materialtransportrichtung nachgeschaltete Umformeinrichtung wird der zugeführte Draht mit Hilfe mindestens eines Umformwerkzeugs der Umformeinrichtung zu einem Formteil umgeformt. Nach Abschluss einer Umformoperation wird das fertiggestellte Formteil unter der Steuerung durch das NC-Steuerprogramm mittels einer Schnitteinrichtung von dem zugeführten Draht abgetrennt. Dieser Vorgang wiederholt sich zyklisch für jedes zu fertigende Formteil. Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Umformmaschinen, bei denen die Einzugseinrichtung als Riemeneinzugseinrichtung ausgebildet ist und zwei gegenläufig umlaufende Transportriemen aufweist, welche an einander zugewandten Seiten mit einander zugewandten Außenflächen einen in Materialförderrichtung langgestreckten Transportspalt zum Hindurchführen des Werkstücks begrenzen.

Die europäische Patentschrift EP 2 710 715 B1 offenbart eine Umformmaschine und ein Verfahren zum Herstellen von Spulenelementen für Elektromotoren sowie anderen Formteilen. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel liegt das elektrisch leitende Ausgangsmaterial in Form eines Runddrahts vor, der auf einer Vorratsspule vorgehalten wird. Das Werkstückmaterial wird mithilfe einer Riemeneinzugseinrichtung vom Materialvorrat abgezogen und entlang einer Transportachse in Richtung einer nachgeschalteten Umformeinrichtung gefördert. Dabei passiert das vom Vorrat abgezogene Werkstückmaterial zunächst eine Richteinheit, die das Rundmaterial richtet. Danach durchtritt das Werkstückmaterial eine Transformationseinheit, um das eintretende Rundmaterial in ein Flachmaterial mit zueinander parallelen Seitenflächen umzuformen, und danach eine Messeinrichtung zur Messung der geförderten Leitermateriallänge vor Eintritt in die Einzugseinrichtung. Die Umformeinrichtung weist ein Biegewerkzeug auf, das zwei Biegestifte hat, die mit Abstand zueinander an der Stirnseite einer Welle montiert sind. Die Welle kann um ihre Wellenachse gedreht sowie parallel zu ihrer Wellenachse verschoben werden. Weiterhin kann das Biegewerkzeug als Ganzes um die Transportachse herum gedreht sowie senkrecht und parallel zur Transportachse verschoben werden.

AUFGABE UND LOSUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Umformmaschine der eingangs erwähnten Art mit robuster Konstruktion bereitzustellen, mit der komplex gebogene Formteile mit hoher Formgenauigkeit herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Umformmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Die Umformmaschine ist zur Herstellung von zweidimensional oder dreidimensional gebogenen Formteilen aus einem langgestreckten Werkstück eingerichtet. Bei dem Werkstück kann es sich insbesondere um einen metallischen Draht handeln. Die Umformmaschine hat eine Umformeinrichtung mit einer oder mehreren Umformeinheiten zur Aufnahme von Umformwerkzeugen sowie eine Einzugseinrichtung zum Einziehen des langgestreckten Werkstücks von einem Materialvorrat und zum Fördern des Werkstücks parallel zu einer Transportachse in den Bereich der Umformeinrichtung. Der Begriff „Transportachse“ bezeichnet hier eine Achse im Raum, die parallel zu einer Koordinatenachse des Maschinenkoordinatensystems verläuft. Die Transportrichtung oder Förderrichtung, in der das Werkstück durch die Einzugseinrichtung transportiert wird, verläuft idealerweise koaxial zur Transportachse oder nahezu koaxial zu dieser.

Die Einzugseinrichtung ist als Riemeneinzugseinrichtung ausgebildet. Sie weist dazu zwei gegenläufig umlaufende Transportriemen auf, welche an einander zugewandten Seiten mit einander zugewandten Außenflächen einen in Richtung der Transportachse langgestreckten Transportspalt zum Hindurchführen des Werkstücks begrenzen. Das Werkstück wird dabei so vorgeschoben bzw. gefördert oder transportiert, dass seine Längsmittelachse möglichst entlang der Transportachse verläuft. Der Einzugseinrichtung ist eine Richteinheit vorgeschaltet, die zum Richten des vom Werkstückvorrat kommenden Werkstücks vor Eintritt in die Einzugseinrichtung dient.

Gemäß einer Formulierung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einzugseinrichtung mithilfe eines Drehantriebs um eine zur Transportachse koaxiale Einzugs-Drehachse um vorgebbare Drehwinkel drehbar ist. Diese Funktionalität bietet mehrere Vorteile. Zum einen benötigt die Umformeinrichtung keine eigene Drehachse zur Drehung einer Umformeinheit oder eines Umformwerkzeugs um die Transportachse. Damit kann beispielsweise ein Wechsel der Biegeebene zwischen einer vorgeschalteten Biegeoperation und einer nachfolgenden Biegeoperation durch Drehung der Einzugseinrichtung und des dadurch geförderten Werkstücks um die Einzugs-Drehachse realisiert werden. Der Begriff „Biegeebene“ bezeichnet hierbei diejenige Ebene, die durch einen vor einer Biegung liegenden geraden Werkstückabschnitt und einen hinter einer Biegung liegenden geraden Werkstückabschnitt aufgespannt wird. Da somit die Umformeinrichtung keine eigene Drehachse zum Wechsel zwischen Biegeebenen benötigt, kann konstruktive Komplexität auf Seiten der Umformeinrichtung reduziert werden.

Eine Riemeneinzugseinrichtung ist für unterschiedliche Querschnittsformen des zu transportierenden Werkstücks geeignet. Mit einem Riemeneinzug können Rundmaterialien genauso gefördert werden wie Flachmaterialien bzw. Bandmaterialien. Die Erfinder haben zudem erkannt, dass bei der Verarbeitung von weicheren Werkstoffen, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium etc., die Verwendung von Walzeneinzügen zu Verformungen am Material führen kann. Es kann sein, dass durch die hohen Spannkräfte der Walzenpaare, welche beim Vorschub zur Vermeidung von Schlupf notwendig sind, eine für den weichen Werkstoff zu hohe Flächenpressung entstehen kann. Daraus können Verformungen des Materials resultieren. Dies wiederum kann Beschädigungen an der Oberfläche des Materials zur Folge haben und die Maßhaltigkeit der fertiggestellten Formteile kann beeinträchtigt werden. Demgegenüber kann durch die Nutzung einer als Riemeneinzugseinrichtung ausgebildeten Einzugseinrichtung mit Transportriemen die Flächenpressung auf das zu fördernde Material reduziert werden. Dadurch ist ein schlupffreier Transport auch bei niedrigen Flächenpressungen möglich, also ein materialschonender und präziser Werkstücktransport.

Weiterhin haben die Erfinder erkannt, dass bei manchen Umformeinrichtungen zum Wechsel zwischen unterschiedlichen Biegeebenen erhebliche Massen bewegt werden müssen, wenn eine Umformeinheit der Umformeinrichtung um die Transportachse herum gedreht werden soll. Wird die Drehmöglichkeit um die Transportachse auf die Seite der Einzugseinrichtung bzw. auf die Seite des davon geförderten Werkstücks verlagert, können bei Bedarf schwere und ggf. mit stark asymmetrischer Masseverteilung behaftete Umformeinheiten genutzt werden. Die Konstruktion auf Seiten der Einzugseinrichtung kann so ausgelegt sein, dass für die Drehung weniger Masse bewegt werden muss, so dass der Einfluss der Massenträgheit auf die Schnelligkeit der Drehung und eventuelle Beschleunigungen reduziert werden kann. Somit sind Drehoperationen um die Transportachse mit hoher Dynamik und Präzision möglich.

Diese Vorteile ergeben sich unabhängig von der Anzahl an Umformeinheiten der Umformeinrichtung. Diese kann z.B. eine einzige Umformeinheit aufweisen. Eine Umformeinrichtung kann aber auch zwei oder mehr um die Transportachse herum verteilt angeordnete und wahlweise in Eingriff mit dem Werkstück zustellbare Umformeinheiten aufweisen. Das Werkstück kann in diesem Fall jeweils durch Drehung der Einzugseinrichtung in die richtige Drehstellung in Bezug auf eine ausgewählte Umformeinheit gedreht werden, so dass diese in Eingriff mit dem Werkstück gebracht werden kann. Bei allen Varianten sind auch Drehungen des Werkstücks um die Transportachse im Verlauf von Biegeoperationen möglich, wodurch komplex gebogene Formteile herstellbar sind, die ggf. auch tordierte Abschnitte aufweisen können.

Die Einzugseinrichtung kann für jeden Transportriemen zwei achsparallele Umlenkrollen aufweisen, um die der Transportriemen umläuft. Mindestens eine der Umlenkrollen wird mittels eines Antriebs angetrieben. Der Transportriemen kann zwischen den Umlenkrollen frei gespannt sein. Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Einzugseinrichtung zwischen den Umlenkrollen wenigstens eine Stützrolle zum Stützen des Transportriemens in einem zum Kontakt mit dem Werkstück vorgesehenen Abschnitt aufweist. Dadurch kann eine noch gleichmäßigere Verteilung des Anpressdrucks und damit ein nochmals materialschonenderer Werkstücktransport erreicht werden.

Obwohl die Transportriemen als Flachriemen oder Keilriemen ohne Zähne ausgestaltet sein können, sind sie vorzugsweise als Zahnriemen ausgestaltet, deren innere Verzahnung mit einer Außenverzahnung von Transportrollen kämmt. Dadurch kann ein Schlupf zwischen Transportriemen und den Umlenkrollen vermieden werden, wodurch die Präzision des Vorschubs günstig beeinflusst werden kann.

Gemäß einer Weiterbildung weist die Einzugseinrichtung eine Zustelleinrichtung zur stufenlosen symmetrischen gegenläufigen Zustellung der Transportriemen in einer senkrecht zur Transportrichtung verlaufenden Zustellrichtung auf. Es ist somit eine stufenlose Abstandsverstellung zwischen den Transportriemen symmetrisch zur Transportachse realisiert. Dadurch ist eine Anpassung der Einzugseinrichtung an unterschiedliche Materialstärken des zu fördernden Materials möglich. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass die Transportachse immer mittig durch den Transportspalt läuft, wodurch die Präzision des Transports günstig beeinflusst wird. Bei manchen Ausführungsformen kann die Spannkraft durch eine pneumatische Anpressung der Transportriemen stufenlos eingestellt werden.

Es wurde festgestellt, dass aufgrund der wirkenden Kräfte das Oberflächenmaterial der Transportriemen je nach Werkstoff zu elastischer Verformung neigen kann, was Einfluss auch auf den Abrollumfang der Transportriemen haben kann. Ebenfalls kann gegebenenfalls ein eventueller Verschleiß der Außenfläche einen Beitrag zur Veränderung des Abrollumfangs leisten. Dadurch kann es zu Längenschwankungen der Transportlängen im Betrieb kommen. Um dem entgegenzuwirken, ist bei manchen Ausführungsformen eine der Einzugseinrichtung vorgeschaltete Messeinrichtung zur Messung der mittels der Einzugseinrichtung geförderten Werkstücklänge vorgesehen.

Die Messeinrichtung kann nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten, zum Beispiel optisch. Bei manchen Ausführungsformen hat die Messeinrichtung ein Messrad, das gemeinsam mit einem Gegenelement, z.B. einem Laufrad oder einem weiteren Messrad, einen Messspalt zum Hindurchführen des Werkstücks begrenzen. Die Größe des Messspalts kann vorzugsweise stufenlos mithilfe einer Verstelleinrichtung eingestellt werden, so dass im Bereich der Messeinrichtung eventueller Schlupf zuverlässig vermieden werden kann. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Messeinrichtung synchron mit der Einzugseinrichtung um die Transportachse drehbar ist. Hierdurch werden besonders zuverlässige Messungen bei unterschiedlichen Drehstellungen der Einzugseinrichtung möglich.

Die Messeinrichtung kann z.B. mechanisch mit der Einzugseinrichtung drehfest gekoppelt sein. Manche Ausführungsformen sind durch einen um die Transportachse drehbar gelagerten Trägerrahmen gekennzeichnet, der eine erste Wand mit einer der Richteinheit zugewandten Einlassöffnung und eine zweite Wand mit einer der Umformeinrichtung zugewandten Auslassöffnung aufweist, wobei die Einzugseinrichtung und die Messeinrichtung zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung an dem Trägerrahmen montiert sind. Hierdurch können die Einzugseinrichtung und die Messeinrichtung durch Drehung des Trägerarms gemeinsam gedreht werden, wodurch besonders präzise Messungen auch unter Drehung möglich sind.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Richteinheit synchron mit der Einzugseinrichtung um die Transportachse drehbar. Dies kann mithilfe eines eigenen Drehantriebs synchronisiert über die Steuerung der Umformmaschine realisiert werden. Vorzugsweise ist jedoch eine mechanische Kopplung zwischen Richteinheit und Einzugseinrichtung vorgesehen, so dass ein eigener Antrieb für die Drehung der Richteinheit entfallen kann. Bei manchen Ausführungsformen ist ein Trägerrahmen der Richteinheit mechanisch drehfest mit dem Trägerrahmen der Einzugseinrichtung verbunden, so dass die Richteinheit bei Drehung der Einzugseinrichtung mitgenommen und dadurch ebenfalls gedreht wird.

Bei manchen Ausführungsformen hat die Umformeinrichtung nur eine einzige Umformeinheit, z.B. in Form eines Biegekopfs.

Bei anderen Ausführungsformen weist die Umformeinrichtung zwei, drei oder mehr um die Transportachse herum verteilt angeordnete und wahlweise in Eingriff mit dem Werkstück zustellbare Umformeinheiten auf. Das Werkstück kann in diesem Fall jeweils durch Drehung der Einzugseinrichtung in die richtige Drehstellung in Bezug auf eine ausgewählte Umformeinheit gedreht werden, so dass diese in Eingriff mit dem Werkstück gebracht werden kann.

Bei allen Varianten sind auch Drehungen des Werkstücks um die Transportachse im Verlauf von Biegeoperationen möglich, wodurch komplex gebogene Formteile herstellbar sind, die ggf. auch tordierte Abschnitte enthalten können. Das Ausgangsmaterial kann je nach spezifischer Anforderung als z.B. Flachmaterial mit einer im Wesentlichen rechteckigen Querschnittsform oder als Rundmaterial oder auch mit einem anderen Querschnittsprofil vorliegen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.

Fig. 1 zeigt eine schrägperspektivische Ansicht einer als Schenkelfedermaschine ausgelegten Umformmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 zeigt eine isometrische Ansicht mit einer Richteinheit und einer Einzugseinrichtung der Umformmaschine;

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der Vorderseite der in einen drehbaren Trägerrahmen eingebauten Einzugseinrichtung mit den Transportriemen;

Fig. 4 zeigt eine isometrische Ansicht mit Antrieben für die Drehung der Einzugseinrichtung und den Transport der Transportriemen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 zeigt eine schrägperspektivische Ansicht einer als Schenkelfedermaschine ausgelegten Umformmaschine 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Fig. 2 zeigt eine isometrische Ansicht mit einer Richteinheit und einer Einzugseinrichtung der Umformmaschine. Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der Vorderseite der in einen drehbaren Trägerrahmen eingebauten Einzugseinrichtung mit den Transportriemen. Fig. 4 zeigt eine isometrische Ansicht mit Antrieben für die Drehung der Einzugseinrichtung und den Transport der Transportriemen.

Die Umformmaschine 100 ist dafür eingerichtet, komplex gebogene Formteile in Form von Spulenelementen für Elektromotoren herzustellen. Es wird ein Ausgangsmaterial (auch als Werkstück bezeichnet) verarbeitet, das ein drahtförmiges elektrisches Leitermaterial (z.B. Kupfer) mit im Wesentlichen flacher, rechteckiger Querschnittsform aufweist, welches von einer elektrisch nicht leitenden Isolationsschicht aus Lack o.dgl. umhüllt ist. Das Ausgangsmaterial liegt in Form eines gewickelten Materialvorrats (coil) vor. Das Werkstück wird nachfolgend auch kurz als „Draht“ oder „Flachmaterial“ bezeichnet.

Die computernumerisch gesteuerte, mehrachsige Umformmaschine 100 hat mehrere über eine Steuereinheit 190 steuerbare Maschinenachsen, ein Antriebssystem mit mehreren elektrischen Antrieben zum Antreiben der Maschinenachsen und eine Steuereinrichtung zur koordinierten Ansteuerung von Arbeitsbewegungen der Maschinenachsen in einem Fertigungsprozess gemäß einem für den Fertigungsprozess spezifischen, computerlesbaren Steuerprogramm.

Bei dem Ausführungsbeispiel hat die Umformmaschine ein mit Kleinbuchstaben x, y und z gekennzeichnetes, rechtwinkliges Maschinenkoordinatensystem MK mit einer vertikalen z- Achse und horizontalen x- und y-Achsen. Im dargestellten Beispiel verläuft die x-Achse parallel zur Transportachse 310. Von den Koordinatenachsen x, y und z sind die geregelt angetriebenen Maschinenachsen zu unterscheiden, deren Antriebe über die Steuereinheit der Umformmaschine gesteuert werden.

Die Umformmaschine 100 weist ein Maschinengestell auf, das an seiner Vorderseite eine vertikal ausgerichtete Vorderwand 105 trägt. Die an der Vorderwand montierte und von vorne zugängliche Umformeinrichtung 200 der Umformmaschine umfasst u.a. mehrere Umformeinheiten 220, 230, 240 mit Werkzeugköpfen, an denen einteilige oder aus mehreren Komponenten zusammengesetzte Umformwerkzeuge verwendet werden können.

Der Draht tritt im Bereich einer mit einer Führungsbuchse ausgestatteten Führungseinrichtung 110 senkrecht zur Vorderwand 105 koaxial zu einer horizontalen, parallel zur x-Achse des Maschinenkoordinatensystems MK verlaufenden Transportachse 310 der Umformmaschine aus der Führungseinrichtung in den Bereich der Umformeinrichtung 200 aus. Die Führungsbuchse hat eine den Rechteckquerschnitt des Flachmaterials angepasste Führungsöffnung mit Rechteckquerschnitt.

Der Draht wird mit Hilfe von numerisch gesteuerten Werkzeugen der Umformeinrichtung 200 zu einem dreidimensional gebogenen Formteil umgeformt. Das fertig oder weitgehend fertig umgeformte Formteil wird dann mittels einer Schnitteinheit 280 mit einem Scherenschnitt vom zugeführten Draht abgetrennt. Die mit einem beweglichen Schneidmesser ausgestattete Schnitteinheit 280 steht unter 45° zur Vertikalrichtung.

Hinter der Vorderwand 105 befinden sich u.a. eine Einzugseinrichtung 300 zum Einziehen des langgestreckten Werkstückmaterials von einem Materialvorrat und zum Vorschieben bzw. Fördern oder Transportieren des Werkstücks parallel zu der Transportachse 310 in den Bereich der Umformeinrichtung 200 sowie eine der Einzugseinrichtung 300 vorgeschalteten Richteinheit 400 zum Richten des vom Werkstückvorrat kommenden Werkstücks vor Eintritt in die Einzugseinrichtung 300 (vgl. Fig. 2).

Die Richteinheit 400 weist Richtrollen auf, die in senkrecht zueinander orientierten Ebenen angebracht sind und durch eine entsprechende Zustellung die Eigenspannung im Werkstückmaterial und damit Biegungen in diesem beseitigen bzw. ein möglichst gerade gerichtetes Werkstück erzeugen.

Die der Richteinheit 300 nachgeschaltete Einzugseinrichtung 300 ist als Riemeneinzugseinrichtung 300 ausgebildet, die aufeinanderfolgende Werkstückabschnitte des vom Materialvorrat kommenden und durch die Richteinheit 400 gerichteten Werkstückmaterials mit numerisch gesteuertem Vorschubgeschwindigkeitsprofil in horizontaler Transportrichtung mehr oder weniger koaxial zur Transportachse 310 durch die nachgeschaltete Führungseinrichtung 110 hindurch in den Bereich der Umformeinrichtung 200 zuführen kann.

Details zu Aufbau und Funktion der Einzugseinrichtung 300 sind u.a. in Fig. 3 und Fig. 4 gut erkennbar.

Die Einzugseinrichtung 300 weist zwei gegenläufig um achsparallele Umlenkrollen bzw. Transportzahnscheiben umlaufende Transportriemen 305-1, 305-2 auf, welche an einander zugewandten Seiten mit einander zugewandten Außenflächen einen in Richtung der Transportachse 310 langgestreckten Transportspalt 315 zum Hindurchführen des Werkstücks begrenzen.

Die Einzugseinrichtung 300 weist einem Grundkörper 320 in Leistenbauweise auf, der zwei linear bewegliche Ausleger 325-1, 325-2 besitzt. Jeder Ausleger nimmt eine antreibbare und mit einer Transportzahnscheibe 316 bestückte Welle sowie eine mit einer Transportzahnscheibe 317 bestückte Achse fest auf. Jeweils zwei Transportzahnscheiben 316, 317 sind von einem Transportzahnriemen umschlungen und wirken als Umlenkrollen. Der Transportzahnriemen ist in dem zum Kontakt mit dem Werkstück vorgesehenen Abschnitt zwischen den Transportzahnscheiben durch zwei Stützrollen 318 zusätzlich geführt.

Die Einzugseinrichtung 300 weist eine Zustelleinrichtung zur stufenlosen symmetrischen gegenläufigen Zustellung der Transportriemen 305-1, 305-2 in einer senkrecht zur Transportachse 310 verlaufenden Zustellrichtung auf. Die Zustelleinrichtung des Beispiels arbeitet pneumatisch. Werden mit den Auslegern gekoppelte Pneumatikzylinder mit Druckluft versorgt, bewegt sich der zugeordnete Ausleger translatorisch auf den gegenüberliegend angeordneten Ausleger zu und ein zwischen den Transportriemen 305-1, 305-2 platziertes Werkstück wird zentrisch geklemmt. Werden zusätzlich die Wellen mit einem Drehmoment beaufschlagt, erfolgt der Transport des Werkstücks.

Bei einer nicht dargestellten Variante der Riemeneinzugseinrichtung ist ein Transportriemen in seiner Position unveränderlich und die Zustellung erfolgt nur mit dem zweiten Transportriemen. Hierbei ist die Einzugseinrichtung als Ganzes höhenverstellbar ausgeführt, damit der Transportspalt passend zur Transportachse eingestellt werden kann.

Für die Erzeugung der Drehbewegung der angetriebenen Transportzahnscheiben ist ein Antrieb vorgesehen, der über einen Antriebszahnriemen ein an der Rückseite des Grundkörpers angeordnetes Antriebszahnrad dreht. Die Drehmomentübertragung erfolgt dann von der direkt vom Antrieb angetriebenen Antriebszahnscheibe über einen beidseitig verzahnten Antriebszahnriemen auf die auf jeder Welle befestigte Antriebszahnscheibe.

Die Vorzugstransportrichtung 312 für das Werkstück ist in Fig. 3 von rechts nach links vorgegeben. Ein Transport in Gegenrichtung ist möglich. Die Riemenspannung des Antriebszahnriemens ist einstellbar. Zur Einstellung wird ein einer Spannrolle zugeordneter Pneumatikzylinder mit Druckluft zu beaufschlagen.

Die Größe des Transportspaltes 315 kann unter Berücksichtigung der Werkstückdicke und des Reibwertes zwischen den Transportzahnriemen und dem Werkstück definiert vorgegeben werden. Die Vorgabe erfolgt über einen Mechanismus, der einen Doppelkeil 319 als mechanische Endlage für die beweglichen Ausleger 325-1, 325-2 positioniert.

Voraussetzung für den Transport von Werkstückmaterial ist eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Werkstück und den Transportzahnriemen 305-1, 305-2 bei gleichzeitig anliegendem Drehmoment an den angetriebenen Transportzahnrädern 316. Er ist von der Reibung zwischen dem Werkstück und den Transportzahnriemen abhängig.

Die Einzugseinrichtung 300 ist mithilfe eines servoelektrischen Antriebs 350 um eine der Transportachse 310 entsprechenden Einzugs-Drehachse 310 in beide Drehrichtungen um vorgebbare Drehwinkel begrenzt (z.B. +/- 180°) drehbar. Beim Ausführungsbeispiel ist das wie folgt realisiert. Die Vorderwand 105 ist Teil einer Baueinheit 111, bei der mit Abstand hinter der Vorderwand 105 eine vertikale Rückwand 115 vorgesehen ist, die mit der Vorderwand im unteren und oberen Bereich fest verbunden ist bzw. werden kann. In der Vorderwand und der Rückwand sind zueinander koaxiale Drehlagerstellen ausgebildet, in denen ein gehäuseartiger Trägerrahmen 320 um die Transportachse 310 drehbar gelagert ist. Das vordere Lager 322 und das hintere Lager 323 des Trägerrahmens 320 sind in Fig. 4 gut zu erkennen. Der Trägerrahmen hat eine erste Wand 324 mit einer der Richteinheit 400 zugewandten Einlassöffnung und eine zweite Wand 326 mit einer der Umformeinrichtung 200 zugewandte Auslassöffnungen, die jeweils die Transportachse 310 einschließen. Im Inneren des Trägerrahmens ist die Einzugseinrichtung 300 so montiert, dass der Transportspalt 315 symmetrisch zur Transportachse 310 liegt. Zusätzlich sind Drahtführungen vorgesehen, die das Werkstück für den Transport entlang der Transportachse führen. Der Drehantrieb 350 zum Erzeugen der Drehung des Trägerrahmens 320 bzw. der Einzugseinrichtung 300 um die Transportachse 310 ist parallel versetzt zur Transportachse 310 angeordnet und treibt die Drehung des Transportrahmens über einen Riemen an, der über einen zylindrischen Abschnitt des Trägerrahmens geführt ist. Der Anrieb 360 für die Transportriemen der Einzugseinrichtung 300 ist an der Seite der Richteinheit ebenfalls in einem Abschnitt des Trägerrahmens montiert.

Die Fig. 3 zeigt weiterhin Komponenten einer Messeinrichtung 380 zur Messung der mittels der Einzugseinrichtung 300 geförderten Werkstücklänge montiert. Die Messeinrichtung 380 hat zwei gegenläufig drehbare Räder, nämlich ein Messrad 381 und ein Laufrad 382, die der Einzugseinrichtung vorgeschaltet sind und mit ihren Umfangsflächen einen Messspalt zum Hindurchführen des Werkstücks begrenzen. Die gegenläufig drehenden Räder 381, 382 sind ebenfalls im Trägerrahmen montiert, so dass sie immer synchron mit der Einzugseinrichtung 300 mitdrehen können. Die Größe des Messspaltes zwischen den Umfangsflächen der Räder kann über eine Stelleinrichtung stufenlos verstellt werden.

An der der Richteinheit 400 zugewandten Seite befindet sich jenseits des hinteren Lagers 323 eine mechanische Kopplungseinrichtung 329 zum drehfesten Ankoppeln der Richteinheit. Die Richteinheit 400 ist in einem Trägerrahmen 420 montiert, der an der Seite der Einzugseinrichtung 300 ein Gegenstück zum mechanischen Kopplungseinrichtung aufweist, so dass der Trägerrahmen 420 der Richteinheit drehfest mit dem Trägerrahmen 320 für die Einzugseinrichtung verbunden werden kann und die Richteinheit immer synchron mit der Einzugseinrichtung dreht. Die Drehung beider Einheiten wird durch den Drehantrieb 350 für die Einzugseinrichtung 300 erzeugt. Alle Anschlussleitungen für die von außen zu steuernden Komponenten der drehbaren Einzugseinrichtung 300 werden über eine gemeinsame Leitungskette 370 von einer drehbaren Komponente zu einem maschinenfesten Anschluss geführt. Diese Lösung reicht aus, da die Einzugseinrichtung 300 nicht unbegrenzt drehbar sein muss, sondern eine Drehbarkeit um +/- 180° für alle Betriebsstellungen ausreicht.

Die Vorderwand 105 ist so ausgelegt, dass an der Vorderwand 105 eine oder mehrere Umformeinheiten der Umformeinrichtung 200 in geeigneter Orientierung zur Transportachse 310 montiert werden können. Jede Umformeinheit hat an ihrer der Transportachse 310 zugewandten Seite eine Werkzeugaufnahme zur Aufnahme eines Umformwerkzeugs, wobei die Umformwerkzeuge hier in der Regel Biegewerkzeuge sind. In manchen Fällen kann eine einzige Umformeinheit ausreichen, in der Regel sind mehrere Umformeinheiten montiert. Zwei, drei, vier oder mehr Umformeinheiten können um die Transportachse 310 herum verteilt angeordnet sein. Jede Umformeinheit hat einen translatorisch bewegbaren Schieber, mit dem das jeweilige Umformwerkzeug im Wesentlichen radial oder tangential zur Transportachse 310 wahlweise in Eingriff mit dem Werkstück zugestellt oder zurückgezogen werden kann. Weiterhin hat jede Umformeinheit ein Drehwerk mit einem oder mehreren Drehantrieben, um in Reaktion auf Steuersignale der Steuereinrichtung 190 bewegliche Komponenten des Umformwerkzeuges um entsprechende Drehachsen drehen zu können.

Im Beispielsfall ist Umformmaschine mit drei Umformeinheiten 220, 230, 240 ausgestattet.

Eine erste Umformeinheit 220 ist mit horizontaler Schieberachse an der Vorderwand 105 montiert und greift (von vorne gesehen) an der rechten Seite am Werkstück an. Das an der Vorderseite der Umformeinheit montierte Umformwerkzeug ist nach Art eines Zugbiegewerkzeugs ausgestaltet, um das Werkstück in eine Zugbiegeoperation (auch Rotationszugbiegen genannt) umzuformen. Dazu hat das Umformwerkzeug einen Biegekopf mit einer Biegeform und mit einem um die Biegeform drehbaren Biegearm, der eine Spanneinrichtung zum Spannen eines Endabschnitts des Werkstücks gegen einen Umfangsabschnitt der Biegeform aufweist und um eine Biegeachse drehbar ist. Zur Erzeugung einer Biegung wird ein vorderer Endabschnitt des Werkstücks in eine Ausgangsstellung im Eingriffsbereich des Biegekopfs gebracht, die Spanneinrichtung wird in Kontakt mit dem Endabschnitt gebracht und der Endabschnitt wird gegen einen Umfangsabschnitt der Biegeform gespannt. Die Einzugseinrichtung 300 wird als Gegenhaltereinrichtung in Eingriff mit einem zufuhrseitigen Abschnitt des Werkstücks gebracht. In einer Biegeoperation wird durch Drehen des Biegearms um die Biegeachse eine Biegung zwischen dem zufuhrseitigen Abschnitt und dem eingeklemmten Endabschnitt erzeugt. Dadurch können ebene Biegungen erzeugt werden, deren Biegeradius durch die Außenkontur der Biegeform vorgegeben wird.

Es ist auch möglich, innerhalb des Werkstücks einen tordierten bzw. verdrillten Abschnitt zu erzeugen. Dazu kann die Einzugseinrichtung zum Einleiten eines Torsionsmoments am zufuhrseitigen Abschnitt vor, während und/oder nach der Drehung des Biegearms um die Biegeachse um eine parallel zur Längsrichtung des zufuhrseitigen Abschnitts verlaufenden Drehachse, nämlich die Transportachse 310, derart gedreht werden, dass in einem Bereich zwischen der Einzugseinrichtung und der Biegeform ein tordierter Abschnitt erzeugt wird. Das Zugbiegewerkzeug in Kombination mit der drehbaren Einzugseinrichtung 300 erlaubt somit die Herstellung komplexer Biegegeometrien, die gegebenenfalls auch einen oder mehrere tordierte Abschnitte beinhalten können

Die zweite Umformeinheit 230 steht unter 45° zur Horizontalrichtung oder Vertikalrichtung und greift von rechts oben am Werkstück an. Im Beispielsfall ist in der Werkzeugaufnahme am Werkstück zugewandten Ende der Umformeinheit ein Biegewerkzeug mit zwei Biegestiften eingesetzt. Das Biegewerkzeug kann um seine Werkzeugachse gedreht und parallel zur Werkzeugachse mit Hilfe des Schiebers hin und her geschoben werden. In Verbindung mit der drehbaren Einzugseinrichtung können dadurch auf einfache Weise Biegungen mit unterschiedlich orientierten Biegeebenen im Werkstück erzeugt werden.

Die dritte Umformeinheit 240 ist mit vertikaler Schieberachse an der Vorderwand 105 montiert und greift von oben am Werkstück an. Ein Drehwerk ist nicht installiert, kann aber optional installiert werden. Die Werkzeugaufnahme der dritten Umformeinheit ist im Beispielsfall nicht bestückt. Sie kann mit unterschiedlichen Umformwerkzeugen bestückt werden, z.B. auch mit dem gleichen Biegewerkzeugtyp wie die erste Umformeinheit 220, allerdings um 90° gedreht, um Zeit beim Umformen zu sparen.




 
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