Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen gebogener

Federelemente

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Herstellen gebogener Federelemente nach den Oberbegriffen des Anspruchs 1 und 2 aus.

Aus der DE 198 16 609 Al ist ein Verfahren und eine Vorrich- tung zum Herstellen von Flachbalkenscheibenwischern für Fahrzeuge mit gebogenen Federelementen bekannt, so genannten Flachbalken. Diese bilden das Tragelement des Wischblatts und besitzen vorzugsweise eine über die Länge variierende Materialstärke. Sie werden aus einem vergüteten Federstahlband ge- fertigt, das von zwei paarweise angeordneten Vorschubrollen unter einem kontinuierlichen Vorschub über Führungsrollen einer Biegeeinheit zugeführt wird. Die Biegeeinheit enthält eine Trenneinheit, durch die die einzelnen Tragelemente nach ihrem Biegen voneinander getrennt werden. Während des Trenn- Vorgangs wird der kontinuierliche Vorschub kurzzeitig unterbrochen .

In der Biegeeinheit wird das Federstahlband durch drei Anlagen zunächst in die eine Richtung gebogen und durch eine nachfolgende Anlagestelle um einen geringen Prozentsatz zurück gebogen. Der Rückbiegegrad, der erforderlich ist, um die Formstabilität des gebogenen Tragelements zu gewährleisten, wird empirisch ermittelt. Als mittlerer Wert hat sich je nach Qualität des Federstahlbands ein Rückbiegegrad von etwa 10% bis 40% der zuvor erfolgten Biegung als günstig erwiesen. Die in Förderrichtung ersten beiden Auflagestellen der Biegeein- richtung werden durch Biegerollen gebildet, während die dritte Auflagestelle eine Schneidkante ist, die mit einem Schneidmesser zusammenwirkt, und das fertig gebogene Tragelement vom Federstahlband trennt. Die Biegerollen können durch Stellmotoren auf das Federstahlband zu und von dem Feder- Stahlband weg verstellt werden. Entsprechend der Lage der

Biegerollen ergibt sich eine vorbestimmte Biegung des Federstahlbands. Stellmotoren werden von einer elektronischen Steuereinheit in Abhängigkeit verschiedener Einflussgrößen programmgesteuert aktiviert.

Aus der DE 101 15 047 Al sind ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen gebogener Federbandabschnitte bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Vorschubeinheit, die ein Federstahlband von einem Vorratswickel einer Biegeeinheit zu- führt. Zwischen der Vorschubeinheit und der Biegeeinheit ist ein Richtapparat vorgesehen. Die Biegeeinheit umfasst drei Biegerollen und eine Rückbiegerolle, von denen eine Biegerolle und die Rückbiegerolle über eine Stelleinrichtung quer zum Federstahlband zugestellt werden können. An die Biegeeinheit schließt sich eine Trenneinheit an, die mit einer NC-

Steuereinheit verbunden ist und die einzelnen Federbandab-

schnitte von dem Federstahlband abtrennt. Während des Trennvorgangs wird der Federbandvorschub kurzzeitig gestoppt.

Vorteile der Erfindung

Nach der Erfindung wird der Vorschub des Federstahlbands nicht unterbrochen. Dies ist dadurch möglich, dass die Trennwerkzeuge in Längsrichtung des Federstahlbands numerisch gesteuert verfahrbar sind und während des Trennvorgangs mit der Vorschubbewegung des Federstahlbands synchronisiert sind. Die gleichmäßige Vorschubgeschwindigkeit ergibt in der Biegeeinheit einen ebenso gleichmäßigen Biegeverlauf, was sich positiv auf die Eigenschaften der gebogenen Federelemente auswirkt. Demgegenüber arbeiten die bekannten Vorrichtungen mit einem Start-Stop-System mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten und großen Beschleunigungen während eines Vorschubs und Biegevorgangs, insbesondere, wenn große Stückzahlen pro Zeiteinheit produziert werden sollen. Der intermittierende Vorschub beansprucht die Bauteile und führt zu einem größeren Verschleiß. Durch den kontinuierlichen Vorschub findet ein besseres Zusammenspiel der Antriebsmotoren zueinander statt, sodass ein geringerer Verschleiß auftritt und ein höherer Ausstoß möglich ist. Ferner kann zur Steuerung des Prozesses auf so genannte Triggerlöcher im Federstahlband verzichtet werden. Diese können zu großen Längenunterschieden und Bie- geungenauigkeiten führen.

Bei einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens sind die Trennwerkzeuge in Längsrichtung der Vorschubbewegung des Fe- derstahlbands relativ zu diesem verstellbar angeordnet, wobei ihre Verstellbewegung durch eine elektronische Steuereinheit während des Trennvorgangs mit der Schubbewegung des Feder-

stahlbands synchronisiert ist. Dabei ist es möglich, dass die Trennwerkzeuge zusammen mit der Trenneinheit in Längsrichtung der Vorschubbewegung des Federstahlbands relativ zu diesem verstellbar sind, oder dass die Trennwerkzeuge in einem fest- stehenden Gehäuse der Trenneinheit angeordnet sind, in dem sie relativ zum Gehäuse und in Längsrichtung der Vorschubbewegung des Federstahlbands relativ zu diesem verstellbar sind. Die zweite Alternative ist einfacher zu verwirklichen, und die Trennwerkzeuge sind präziser anzusteuern.

Zur Führung des Federstahlbands zwischen der Biegeeinheit und den Trennwerkzeugen dient eine Rollenführung, deren Rollen pneumatisch auf das Federband einstellbar sind. Ferner ist es zweckmäßig, dass einige Führungsrollen im Bereich der Trenn- Werkzeuge in Längsrichtung ihre Lage zueinander verändern können, sodass sich ihre Abstände untereinander in Abhängigkeit der Bewegung der Trennwerkzeuge in Längsrichtung vergrößern bzw. verkleinern. Durch die Verstellung der Trennwerkzeuge in Längsrichtung des Federbands ergeben sich unter- schiedliche Abstände zwischen der Biegeeinheit und den Trennwerkzeugen. Es ist daher vorteilhaft, wenn sich einige Führungsrollen diesem unterschiedlichen Abstand anpassen können und sich ohne übermäßige Lücken über den Abstand verteilen.

Um viele verschiedenen Längen und Biegungen fertigen zu können, ist es vorteilhaft, die Trennwerkzeuge in einem feststehenden Gehäuse anzuordnen, in dem für die sich in Längsrichtung bewegenden Trennwerkzeuge eine definierte Nullpunktlage bestimmt ist. Um die Biegeeinheit auf den jeweiligen Typ der Federelemente auf den Nullpunkt der Trenneinheit einstellen zu können, ist es zweckmäßig, diese ebenfalls in Längsrichtung verstellbar zu gestalten. Die Verstellung kann beim Rüs-

ten der Vorrichtung auf einen Federelementtyp manuell erfolgen. In vorteilhafter Weise können sie auch motorisch über einen Spindelantrieb verstellt werden. Dadurch ist es möglich, die Verstellung in einen automatischen Rüstvorgang auf- zunehmen. Ferner ist es zweckmäßig, nicht nur die Biegeeinheit in Längsrichtung zu verstellen, sondern die Biegeeinheit mit der Vorschubeinheit und mindestens einem NC-Messrad zu einer in Längsrichtung verstellbaren Baueinheit zusammenzufassen .

Um präzise Biegungen zu erzielen, müssen die Fahrwege der verstellbaren Biegerollen bzw. der Rückbiegerolle genau bestimmt werden. Hierzu ist es zweckmäßig, die Biegerollensupporte, an denen die Biegerollen gelagert sind, durch Biegemo- toren über Spindeln weitgehend spielfrei zu verstellen. Dabei kann der Fahrweg oder Verstellweg unter Berücksichtigung der Vorgaben einer elektronischen Steuereinheit durch einen rotierenden Inkrementalgeber bestimmt werden, wenn es sich bei den Biegemotoren z.B. um CNC-Biegemotoren handelt. Der Fahr- weg der Biegerollensupporte kann auch in vorteilhafter Weise durch einen softwaremäßig integrierten Absolutmesswertgeber ermittelt werden. Dieser kann z.B. einen Glasmaßstab mit einem Sensor umfassen. Er eignet sich sowohl für CNC-Biegemotoren als auch für Biegemotoren, die als Linearmotoren aus- gebildet sind.

Zur Entnahme der fertigen Federelemente ist es vorteilhaft, dass sich an die Trenneinheit eine Auswurfeinrichtung anschließt, die angetrieben wird und durch die elektronische Steuereinheit ansteuerbar ist. Dabei ist es zweckmäßig, dass das abzutrennende Federelement ein Stück weit über die Trenn-

Werkzeuge in Vorschubrichtung übersteht, sodass es von der Auswurfeinrichtung leicht erfasst werden kann.

Das Federstahlband ist auf einem Vorratswickel aufgerollt, wobei sich der Durchmesser des Vorratswickels und damit die

Vorbiegung des Federstahlbands im Laufe der Fertigung ändern, Damit in der Biegeeinheit weitgehend von gleichen Voraussetzungen ausgegangen werden kann, wird vorgeschlagen, dass vor der Biegeeinheit eine Vorbiegeeinheit vorgesehen ist. Diese wird in Abhängigkeit vom Durchmesser der Vorratswickel und z.B. von der Dicke des Federstahlbands so gesteuert, dass sich während der Produktion unabhängig vom sich ändernden Durchmesser des Vorratswickels gleiche Einlaufbedingungen an der Biegestation ergeben.

Für die Herstellung von Federelementen sind häufig weitere Bearbeitungsschritte erforderlich, z.B. das Beschriften oder Anbringen von Kennzeichen. Um diese Bearbeitungsschritte im gleichen Fertigungsprozess durchführen zu können, ist es zweckmäßig, vor der Biegeeinheit eine Bearbeitungseinheit anzuordnen, deren Werkzeuge in Längsrichtung verfahrbar sind, und während der Einsatzdauer mit der Vorschubbewegung synchronisiert sind. Diese Werkzeuge, die normalerweise eine Unterbrechung der Vorschubbewegung bedingen, können somit ohne Unterbrechung der Vorschubbewegung des Federstahlbands eingesetzt werden.

Zeichnung

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der

Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammen- fassen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und,

Fig. 2 eine Variante zu Fig. 1

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfasst im Wesentlichen eine Vorschubeinheit 16, eine Biegeeinheit 32 und eine Trenneinheit 44. Die Vorschubeinheit 16 besitzt mindestens zwei einander gegenüberliegende Vorschubrollen 18, zwischen denen ein Federstahlband 14 hindurchgeführt ist. Die durch eine

Stelleinrichtung 28 zugestellten und angetriebenen Vorschubrollen 18 fördern das Federstahlband 14 von einem Vorratswickel 12 zur Biegeeinheit 32. In dieser sind drei Biegerollen 34 so zueinander angeordnet, dass das Federstahlband 14 mit einer vorgegebenen Krümmung gebogen wird. Mindestens eine der Biegerollen 34 ist durch eine Stelleinrichtung 38 quer zur Längsrichtung 52 des Federstahlbands 14 verstellbar, sodass die Biegekrümmung veränderbar ist. In Vorschubrichtung 72 des Federstahlbands 14 folgt nach den drei Biegerollen 34 eine Rückbiegerolle 36, die über eine Stelleinrichtung 40 quer zur Längsrichtung 52 des Federstahlbands 14 verstellbar ist. Durch die Rückbiegerolle 36 wird das Federstahlband 14 um ei-

nen gewissen Betrag zurück gebogen, um dem fertigen Produkt eine größere Stabilität zu geben. Das Zurückbiegen des Federstahlbands 14 wird durch eine entsprechend stärkere Vorwärtsbiegung an den drei Biegerollen 34 berücksichtigt.

In der sich anschließenden Trenneinheit 44 wird ein fertig gebogenes Federelement von dem Federstahlband 14 durch ein oberes Trennwerkzeug 46 und ein unteres Trennwerkzeug 48 abgetrennt. Zum leichteren Trennen wird das Federelement durch Führungsrollen 50 elastisch gerade gedrückt. Die Trennwerkzeuge 46, 48 sind in Längsrichtung 52 verfahrbar, sodass ihre Schnittkanten sich relativ zum Federstahlband 14 in Längsrichtung 52 bewegen können. Während der Schnittbewegung der Trennwerkzeuge 46, 48 wird die Längsbewegung der Trennwerk- zeuge 46, 48 mit der Vorschubbewegung des Federstahlbands 14 synchronisiert, sodass ein präziser Schnitt möglich ist. Die Bewegungen der Trennwerkzeuge 46, 48 sowie der Biegerollen 34, 36 und der Vorschubrollen 18 werden durch eine elektronische Steuereinheit 42 in Abhängigkeit relevanter Prozesspara- meter miteinander koordiniert. Zum Ausgleich der dynamischen Massenkräfte beim Betätigen der Trennwerkzeuge 46, 48 ist es zweckmäßig, dass zu den Trennwerkzeugen 46, 48 gegenläufige Ausgleichsmassen vorgesehen werden. Der ruhige Lauf der Trennwerkzeuge 46, 48 wirkt sich günstig auf die Führung und den Vorschub des Federstahlbands 14 aus.

Die Trennwerkzeuge 46, 48 können zusammen mit der Trenneinheit in Längsrichtung 52 verstellt werden oder bei einer ortsfesten Trenneinheit 44 relativ zu einem Gehäuse 54 (Fig. 2) . Entsprechend der Verstellung der Trennwerkzeuge 46, 48 verändern die Führungsrollen 50 die Abstände zueinander, so-

dass sie sich annähernd gleichmäßig über die Führungsstrecke verteilen .

Zwischen der Vorschubeinheit 16 und der Biegeeinheit 32 ist eine Vorbiegeeinheit 20 vorgesehen, die drei Biegerollen 22 aufweist, von denen eine über eine Stelleinrichtung 30 quer zur Längsrichtung 52 des Federstahlbands 14 verstellt werden kann. Die Verstellung erfolgt durch die elektronische Steuereinheit 42 in Abhängigkeit vom Durchmesser 24 des Vorratswi- ckels 12 und der Dicke 26 des Federstahlbands 14. Durch die Vorbiegeeinheit 20 werden die unterschiedlichen Biegegrade des Federstahlbands 14 infolge der unterschiedlichen Durchmesser 24 während des Fertigungsprozesses mit einfachen Mitteln ausgeglichen, sodass auf ein aufwendiges Richtgerät ver- ziehtet werden kann.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind die Vorschubeinheit 16, die Biegeeinheit 32 und zwei NC-Messräder 56, 58 zu einer Baueinheit 90 vereinigt, die in Längsrichtung 52 verstellbar ist und somit ihre Position zur Trenneinheit 44 verändern kann. Die Verstellung der Baueinheit 90 kann manuell erfolgen. Sie kann aber auch motorisch über einen Spindelantrieb verstellt werden, wobei der Verstellvorgang Teil eines automatischen Rüstvorgangs sein kann. Durch das NC-Messrad 56 wird der Schlupf des gezogenen und durch das NC-Messrad 58 der Schlupf des geschobenen Federstahlbands 14 gemessen. Die Messräder 56, 58 erfassen den Vorschub exakt, wobei das zweite Messrad 58 das erste Messrad 56 und die zwischen beiden liegende Förderstrecke überwacht. Es ist vorteilhaft, wenn das zweite Messrad 58 an der Außenseite des Gehäuses 54 der Trenneinheit 44 angebracht ist.

In der Biegeeinheit 32 ist die obere Biegerolle 34 an einem Biegerollensupport 70 gelagert, der über eine Spindel 66 von einem Biegemotor 62 verstellt werden kann. Des Weiteren ist die Rückbiegerolle 36 an einem Biegerollensupport 68 gela- gert, wobei der Biegerollensupport 68 von einem Biegemotor 60 über eine Spindel 64 verstellt wird. Die Verstellung dieser Stelleinrichtungen ist sehr präzise und annähernd spielfrei.

Zwischen der Biegeeinheit 32 und der Trenneinheit 44 wird das Federstahlband 14 durch eine Rollenführung 74 geführt, deren Führungsrollen pneumatisch auf das Federstahlband 14 eingestellt werden können.

Die Trenneinheit 44 nach Fig. 2 wird durch eine Presse gebil- det, deren oberes Stanzwerkzeug 76 an einem oberen Werkzeugschlitten 80 montiert ist, der in einem Gehäuse 54 der Trenneinheit 44 in Längsrichtung 52 mittels Schlittenführungen 84, 86 verschiebbar geführt ist. Entsprechend ist ein unteres Stanzwerkzeug 78 auf einem unteren Werkzeugschlitten 82 mon- tiert, der seinerseits auf einer Schlittenführung 86 in

Längsrichtung 52 im Gehäuse 54 verschiebbar geführt ist. Da die Führungsrollen 50 im Bereich der Stanzwerkzeuge 76, 78 eine unterschiedliche Führungsstrecke überbrücken müssen, je nach dem, in welcher Stellung sich die Stanzwerkzeuge 76, 78 befinden, können sie teleskopartig auseinander gefahren werden, sodass sich je nach Stellung der Stanzwerkzeuge 76, 78 größere oder kleinere Abstände zwischen den Führungsrollen 50 einstellen. Die Stanzwerkzeuge 76, 78, die hier als Trennwerkzeuge fungieren, können ebenfalls mit Ausgleichsmassen zusammenwirken.

In Vorschubrichtung 72 am Ende der Vorrichtung 10 befindet sich eine Auswurfeinrichtung 88, die angetrieben und durch die elektronische Steuereinheit 42 ansteuerbar ist. Sie er- fasst das über die Stanzwerkzeuge 76, 78 vorstehende Ende des fertig gebogenen Federelements und legt es nach dem Abtrennen in einen Vorratsbehälter ab.