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HINTERGRUND Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Umformmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Stand der Technik
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Umformmaschinen sind Werkzeugmaschinen, die mit Hilfe geeigneter Werkzeuge aus Halbzeugen wie Draht, Rohr, Band oder dergleichen in einem automatischen Fertigungsprozess 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 oder um eine Federmaschine zur Herstellung von Druckfedern, Zugfedern, Schenkelfedern oder anderen federartigen Formteilen durch Federwinden oder Federwickeln handeln.
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Eine Umformmaschine kann z. B. auch als Richtmaschine zur Herstellung gerichteter Stäbe vorgegebener Länge ausgelegt sein.
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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.
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Viele dieser Umformmaschinen können Formteile mit einer sehr hohen Ausbringungsleistung herstellen, nicht selten in der Größenordnung von mehreren einhundert Formteilen pro Minute. Es gibt unterschiedliche Konzepte zur Weiterbehandlung der fertigen Formteile nach dem Abtrennen vom langgestreckten Ausgangswerkstück.
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In manchen Fällen sollten die Formteile lediglich in möglichst geordneter Form gesammelt werden, um danach manuell oder maschinell weiter transportiert zu werden. Hierzu gibt es beispielsweise bei Richt- und Abschneidemaschinen hinter dem Schnittwerkzeug eine Sammeleinrichtung mit einer Abrollschräge und einem trogförmigen Sammelbehälter, in den die abgelängten und gerichteten Formteile mit parallelen Längsachsen gesammelt werden. Dies funktioniert in der Regel recht gut, wenn die abgelängten Stäbe lang genug sind. Je kürzer die Stäbe werden, umso mehr neigen die Stäbe jedoch dazu, sich auf der Ausfallschräge so zu verdrehen, dass sie nicht mehr ausgerichtet im Sammelbehälter ankommen. Dann besteht die Gefahr, dass im Sammelbehälter ein ”Stäbesalat” entsteht, der die Weiterverarbeitung erschwert.
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Bei Biegemaschinen gibt es in der Regel am Biegewerkzeug einen Biegetisch, auf dem sich ein beim Biegeprozess entstehendes Biegeteil abstützen kann. Häufig sind die Biegetische schräg gestellt, so dass ein fertiggestelltes Biegeteil nach Abtrennen vom Ausgangswerkstück über die schiefe Ebene des Biegetischs in einen Sammelbehälter rutschen kann. Insbesondere bei komplex dreidimensional gebogenen Biegeteilen können sich die gesammelten Biegeteile verhaken, so dass zusätzlicher Aufwand für das Entwirren der fertigen Biegeteile entsteht. Werden die Biegeteile nicht sorgsam genug entwirrt, so kann sich nachträglich die Biegeteilgeometrie noch verschlechtern.
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Bei manchen Umformmaschinen, beispielsweise bei Federwindemaschinen, werden die fertiggestellten Formteile (z. B. Federn) automatisch hinsichtlich eventueller Abweichungen von der Soll-Geometrie vermessen und in Abhängigkeit von ihrer Qualität automatisch sortiert. In der Regel werden dabei die Federn vor dem Abtrennen vermessen und ausgehend vom Messergebnis wird eine nachgeschaltete Sortierweiche angesteuert, in die die Federn nach dem Abtrennen fallen. In der Sortierweiche befinden sich schwenkbare Platten, die als Verteilorgane dienen und die Federn in Abhängigkeit von Signalen eines Qualitätserfassungssystems jeweils in den richtigen Kanal der Sortierweiche lenken. Nach den Beobachtungen der Erfinder kann es bei hohen Stückleistungen, d. h. bei großen Anzahlen fertiggestellter Federn pro Zeiteinheit, zu Sortierfehlern kommen. So besteht u. a. die Gefahr, dass Gutteile in den Behälter für Schlechtteile gelangen, so dass die Ausbeute an Gutteilen geringer scheint als sie tatsächlich ist. Besonders kritisch sind diejenigen Fälle, bei denen tatsächliche Schlechtteile durch Sortierfehler in einen Sammelbehälter für Gutteile gelangen. Um dies zuverlässig zu vermeiden, wird daher gelegentlich die Produktionsgeschwindigkeit der Umformmaschine so weit unter die maximal mögliche Produktionsleistung gesenkt, dass Sortierfehler auf jeden Fall vermieden werden. Dadurch wird die Produktivität begrenzt.
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Es besteht somit bei unterschiedlichen Umformmaschinen aus unterschiedlichen Gründen der Bedarf, die Konzepte für den Abtransport fertiggestellter Formteile nach dem Abtrennen vom Ausgangsmaterial zu verbessern.
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Die Auslegeschrift
DE 1 456 611 B zeigt eine Vorrichtung zum Zuführen von Längsdrähten zu Gitterschweißmaschinen. Die Vorrichtung umfasst eine Schere. In Arbeitsrichtung gesehen vor der Schere befindet sich eine Richt- und Transporteinrichtung für von einem Bund kommenden Draht. In Arbeitsrichtung hinter der Vorrichtung befindet sich eine Gitterschweißmaschine. Mit der Schere können fertige Längsdrähte vom zugeführten Draht abgeschnitten werden. Die Vorrichtung hat ein Magazin, welches eine umlaufende Kette aufweist, die zum Abtransport von Längsdrähten schrittweise entsprechend der Teilung der Aufnahmefächer vorgeschoben werden kann.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Umformmaschine der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, die auch bei hohen Stückleistungen einen schonenden und zuverlässigen Abtransport der fertiggestellten Formteile sicherstellt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine Umformmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Erhebliche Verbesserungen bei der Behandlung und beim Abtransport von fertigen Formteilen nach dem Abtrennen vom Ausgangsmaterial werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Schnitteinrichtung eine Transporteinrichtung zur Aufnahme und zum Abtransport von fertigen Formteilen aus dem Bereich der Schnitteinrichtung zugeordnet ist.
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Besondere Vorteile kann eine Transporteinrichtung, insbesondere eine Bürstentransporteinrichtung, bei solchen Umformeinrichtungen bieten, bei denen eine automatische Sortiereinrichtung zum Sortieren der fertigen Formteile nach vorgegebenen Kriterien vorhanden ist. Umformmaschinen gemäß der beanspruchten Erfindung haben eine Sortiereinrichtung mit einer Sortierweiche, die in Transportrichtung hinter der Transporteinrichtung angeordnet ist und mindestens eine Verteileinrichtung aufweist, die über eine Steuereinrichtung der Umformmaschine in Abhängigkeit von Signalen eines Qualitätserfassungssystems zwischen unterschiedlichen Stellungen umgeschaltet werden kann. Das Qualitätserfassungssystem kann beispielsweise mit einer oder mehreren Kameras ausgestattet sein, um die tatsächlich beim Umformen erzeugte Ist-Geometrie eines Formteils zu erfassen, so dass diese mit einer geforderten Soll-Geometrie des Formteils verglichen und entsprechend qualifiziert werden kann. Auf diese Weise können Gutteile (Geometrie innerhalb der Formtoleranzen) von Schlechtteilen (Geometrie außerhalb der Formtoleranzen) unterschieden werden und entsprechende Signale erzeugt werden, die von der Steuereinrichtung verarbeitet werden, welche dann die Sortiereinrichtung entsprechend ansteuern kann. Ein Qualitätserfassungssystem kann auch ohne Kamera arbeiten, z. B. mit einem oder mehreren taktilen Sensoren (Tastern) und/oder anderen Sensoren, z. B. elektromagnetischen Sensoren.
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Bei hohen Stückleistungen kann es nun nach Beobachtungen der Erfinder dazu kommen, dass die Formteile so schnell hintereinander abgetrennt werden, dass ein später abgetrenntes Formteil ein vorher erzeugtes Formteil auf dem Weg zur Sortierweiche überholt, so dass es beim Sortieren zu falschen Zuordnungen zwischen den Formteilen und der Stellung der Verteileinrichtung kommen kann. Durch die Zwischenschaltung der Transporteinrichtung können solche Überholvorgänge zuverlässig vermieden werden, so dass insoweit auch die Sortierung zuverlässig funktioniert. Dies kann unter anderem dadurch erreicht werden, dass die Transporteinrichtung denjenigen Bereich, in dem sich die Formteile frei relativ zueinander bewegen können, auf ein Mindestmaß reduziert. Sobald ein Formteil von den Borsten einer Transportbürste oder von den nachgiebigen Elementen eines anderen Transportelements ergriffen wird, kann kein Überholvorgang mehr stattfinden.
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Eine weitere Verbesserung des Sortierprozesses wird bei manchen Ausführungsformen dadurch erreicht, dass im Bereich der Transportstrecke ein Formteildurchlaufsensor angeordnet ist, der bei Durchtritt eines Formteils durch einen Erfassungsbereich ein Durchlaufsignal an die Steuereinrichtung der Umformmaschine sendet. Hierdurch kann der Takt, mit dem die Formteile den nachgeschalteten Stationen zugeführt werden, exakt erfasst werden. Der Formteildurchlaufsensor kann als optischer Sensor, z. B. in Form einer Lichtschranke, ausgestaltet sein. Es ist auch möglich, einen Formteildurchlaufsensor als elektromagnetischen Sensor, beispielsweise als induktiven Sensor, oder als kapazitiven Sensor auszulegen. Ein Formteildurchlaufsensor kann auch mechanisch arbeiten, z. B. mit einem Zählrad, das von den durchlaufenden Formteilen angetrieben wird.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung der Umformmaschine so konfiguriert, dass Stellbewegungen der Verteileinrichtung der Sortierweiche in Abhängigkeit von dem Durchlaufsignal gesteuert werden. Auf diese Weise kann taktgenau eine zu 100% richtige Zuordnung zwischen dem jeweiligen Formteil und der zugehörigen Stellung der Verteileinrichtung erreicht werden. Insbesondere kann dadurch erreicht werden, dass alle Formteile, die mittels des Qualitätserfassungssystems als Gutteile qualifiziert wurden, auch tatsächlich den Sortierkanal für die Gutteile erreichen und kein Schlechtteil in diesen Kanal gerät. Irrläufer aufgrund unterschiedlicher Laufzeiten zwischen Qualitätserfassungssystem und Sortierweiche können dadurch ausgeschlossen werden.
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Die Transporteinrichtung hat mindestens ein beweglich antreibbares Transportelement, welche mittels einem oder mehreren mehr oder weniger elastisch nachgiebige Elementen am fertigen Formteil angreift und den Abtransport unterstützt. Die Verwendung eines oder mehrerer teilweise nachgiebiger Transportelemente im Materialstrom hinter der Schnitteinrichtung bietet mehrere Vorteile.
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Aufgrund der Flexibilität bzw. Nachgiebigkeit des Transportelements bzw. des mindestens einen an dem Transportelement angebrachten Elements kann sich ein solches Transportelement den meisten Konturen von gegebenenfalls komplex geformten Formteilen so weit anpassen, dass das Formteil sicher ergriffen werden kann. Gleichzeitig ist der Angriff eines solchen Transportelements am zu transportierenden Formteil so schonend, dass das fertiggestellte Formteil nicht verbogen wird.
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Vorzugsweise ist die Transporteinrichtung als Bürstentransporteinrichtung ausgelegt und weist mindestens ein Transportelement in Form einer Transportbürste auf, die mittels eines Bürstenantriebs antreibbar ist. Eine Transportbürste hat einen Bürstenkörper und einen Besatz mit Borsten, deren Material, Länge, Elastizität, etc. der Transportaufgabe entsprechend gewählt werden kann. Die Borsten sind elastisch nachgiebige Elemente, die am Formteil angreifen können. Aufgrund der Flexibilität der Borsten kann sich eine Transportbürste den meisten Konturen von gegebenenfalls komplex geformten Formteilen so weit anpassen, dass das Formteil mittels der Borsten sicher ergriffen werden kann. Gleichzeitig ist der Angriff einer Transportbürste am zu transportierenden Formteil so schonend, dass das fertiggestellte Formteil nicht verbogen wird. Eine Transportbürste kann nämlich mithilfe ihrer Borsten an einer Vielzahl von Stellen am Formteil angreifen, so dass an jeder Stelle nur eine geringe Angriffskraft auftritt, wodurch ein Verbiegen des Formteils zuverlässig vermieden wird.
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Gleichzeitig sorgt die Gesamtheit der am Formteil angreifenden Borsten dafür, dass das Formteil mittels der angetriebenen Transportbürste zuverlässig bewegt bzw. transportiert werden kann.
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Ein Transportelement muss nicht als Transportbürste ausgestaltet sein. Als Alternative kommt beispielsweise ein ggf. endlos umlaufend angetriebenes Transportband in Betracht, das selbst nachgiebig ist und/oder das an seiner Außenseite einen nachgiebigen Belag trägt. Der Belag kann z. B. aus einem Schaumstoff geeigneter Griffigkeit und Elastizität bestehen oder Schaumstoffelemente aufweisen. Es kann auch ein Belag mit biegsamen nachgiebigen Kunststofflamellen und/oder Gummilamellen vorgesehen sei. Das Transportband kann ein relativ unnachgiebiges Innenband und ein nachgiebiges Außenband aufweisen, wobei das Außenband über elatisch nachgiebige Elemente, z. B. schwache Druckfedern und/oder über eine elastisch nachgiebige Schicht auf dem Innenband abgestützt ist. Die an den Formteilen angreifende Seite des Transportelements, z. B. die Außenseite des Transportelements, sollte generell ausreichende Nachgiebigkeit haben, um sich in gewissem Umfang an die Konturen der zu transportierenden Formteile anpassen zu können. Andererseits sollte die Ausgestaltung möglichst so sein, dass eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Mitnahme der Formteile erzielbar ist.
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Die Verwendung einer Transportbürste oder eines anderen geeignet nachgiebigen Transportelements als Transportelement unmittelbar im Anschluss an eine Schnitteinrichtung berücksichtigt auch spezifische Probleme, die durch den Schnittprozess entstehen können. Der Begriff ”Schnittprozess” bezeichnet hierbei allgemein einen Trennvorgang, bei dem das fertige Formteil von dem langgestreckten Ausgangswerkstück mechanisch durch Schneiden oder Abscheren abgetrennt wird. Beim Schnittprozess wirken kurzzeitig lokal konzentriert große Kräfte, so dass die Lage und die Bewegungszustände der Formteile nach dem Schnitt in schwer vorhersagbarer Weise variieren können. Beispielsweise können relativ leichte Federn nach dem Schnittvorgang in unterschiedliche Richtungen und unterschiedlich stark wegspringen. Mithilfe der Transporteinrichtung, inbesondere mit einer Transportbürste und ihren flexiblen Borsten, können Formteile mit unterschiedlichen Bewegungszuständen zuverlässig und schonend erfasst und weitergefördert werden.
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Eine Bürstentransporteinrichtung kann eine oder mehrere Transportbürsten aufweisen. Eine Transportbürste kann beispielsweise als Walzenbürste mit zylindrischer Außenkontur gestaltet sein. Mehrere Walzenbürsten können entlang einer Transportstrecke hintereinander geschaltet sein und zusammenwirken. Eine Transportbürste kann so breit sein, dass sie die gesamte erforderliche Förderbreite abdeckt. Es ist auch möglich, zwei oder mehr Transportbürsten nebeneinander und/oder seitlich versetzt hintereinander anzuordnen.
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Eine Transportbürste kann je nach Anwendung z. B. Naturborsten, Kunststoffborsten, Metallborsten, Pflanzenfasern oder eine Kombination unterschiedlicher derartiger Borsten oder Fasern aufweisen.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Transportbürste eine Riemenbürste, bei der die Borsten an der Außenseite eines Riemens angeordnet sind, der nach Art eines Förderbandes um zwei oder mehr Umlenkrollen gespannt ist. Eine Riemenbürste mit flexiblem Riemenkörper kann sich besonders gut an unterschiedliche Konturen von Formteilen anpassen. Außerdem kann über den Abstand zwischen den Umlenkrollen die Länge einer Transportstrecke vorgegeben werden, über die ein von der Riemenbürste erfasstes Formteil mit einer durch die Bewegung der Riemenbürste genau vorgegebenen Transportgeschwindigkeit bewegt werden kann. Die Transportstrecke kann geradlinig oder gekrümmt sein. Die Riemenbürste kann als Zahnriemenbürste ausgestaltet sein, wodurch ein Schlupf zwischen einer angetriebenen Rolle, insbesondere einer Umlenkrolle, und dem Bürstenriemen zuverlässig vermieden werden kann. Hierdurch kann die Transportgeschwindigkeit besonders genau vorgegeben werden.
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Ein besonders zuverlässiger Abtransport ergibt sich bei manchen Ausführungsformen dadurch, dass die Umformmaschine eine Führungseinrichtung mit einer dem Transportelement, insbesondere der Transportbürste, zugewandten Führungsfläche aufweist, wobei die Führungseinrichtung so angeordnet ist oder angeordnet werden kann, dass ein fertiges Formteil mittels des Transportelements, insbesondere mittels Borsten einer Transportbürste, entlang der Führungsfläche über eine Transportstrecke kontrolliert transportierbar ist. Die Führungsfläche sollte parallel zur Transportrichtung glatt sein. Senkrecht dazu kann sie strukturiert oder ebenfalls glatt sein. Die Anordnung wird vorzugsweise so getroffen, dass das Transportelement, z. B. mittels der Borsten der Transportbürste, das Formteil sanft, d. h. ohne Verformung, aber ausreichend fest auf die Führungsfläche aufdrückt, auf der das Formteil dann, unter anderem angetrieben durch das Transportelement, entlanggleiten kann. Die Führungseinrichtung kann beispielsweise als Rinne oder einseitig offener Kanal mit seitlichen Begrenzungsflächen gestaltet sein, um ein seitliches Ausweichen der transportierten Formteile zu verhindern.
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Eine Führungseinrichtung, die die Führungsfläche bildet, kann oberhalb oder unterhalb des Transportelements (z. B. Transportbürste) angeordnet sein. Bei entsprechender Ausrichtung des Transportelements, beispielsweise mit vertikaler Drehachse, kann sich eine Führungsfläche auch neben dem Transportelement auf gleicher Höhe mit diesem befinden.
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Bei manchen Varianten ist die Führungsfläche der Führungseinrichtung schräg gestellt, so dass der Abtransport von Formteilen durch Schwerkraft unterstützt werden kann und die Transportbürste und/oder ein anderes Transportelement im Wesentlichen dafür sorgen kann, dass ein geordneter Transport mit definierter Geschwindigkeit erfolgt. Ein Neigungswinkel der Führungsfläche (gemessen zur Vertikalrichtung) kann z. B. im Bereich zwischen 20° und 70° liegen, insbesondere zwischen 30° und 60°. Ein Transport kann jedoch auch auf einer horizontalen Fläche oder sogar nach ober realisiert werden.
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Um den Abstand zwischen der Schnitteinrichtung und dem Bereich des Transportelements (z. B. der Transportbürste) zu überbrücken, kann die Führungseinrichtung einen Einfangabschnitt zum Einfangen von Formteilen nach Abtrennen durch die Schnitteinrichtung aufweisen, der so gestaltet ist, dass durch den Einfangabschnitt das Formteil dem Bereich des Transportelements (z. B. Transportbürste) zugeführt wird. Der Einfangabschnitt kann beispielsweise in Richtung der Schnitteinrichtung trichterförmig erweitert sein und sich zum Transportelement verjüngen. Besonders günstig ist es häufig, wenn der Einfangabschnitt kontinuierlich gekrümmt verläuft und stufenlos in die Führungsfläche übergeht. Dadurch wird das Auffangen der Formteile besonders sanft und es findet eine stoßfreie Führung der abgetrennten Formteile in Richtung Transportelement statt.
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Um sicherzustellen, dass sich zwischen der Schnitteinrichtung und der Transportbürste oder einem anderen Transportelement kein Stau von fertigen Formteilen bilden kann, wird der Antrieb des Transportelements vorzugsweise im Betrieb so gesteuert, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit der Borsten und/oder anderer nachgiebiger Elemente in der Transportrichtung größer ist als eine Zufuhrgeschwindigkeit abgetrennter Formteile. Die abgetrennten Formteile werden somit durch das Transportelement schneller ”abgeholt”, als sie durch den vorgeschalteten Produktionsprozess und das nachfolgende Abtrennen ”geliefert” werden können. Der Abtransport durch das Transportelement ist somit schneller als der Zutransport. Es kann dadurch auch vermieden werden, dass sich Formteile nach dem Abtrennen überholen, so dass deren Reihenfolge durcheinandergerät.
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Im Hinblick auf die undefinierten Bewegungszustände der fertigen Formteile nach dem Abtrennen kann als weitere Maßnahme vorgesehen sein, dass die Schnitteinrichtung ein beweglich antreibbares Schnittwerkzeug und einen mit dem Schnittwerkzeug beweglichen Niederhalter zur Begrenzung der Bewegungsfreiheit eines durch das Schnittwerkzeug abgetrennten Formteils nach Vollendung des Abtrennvorgangs aufweist. Aufgrund seiner Kopplung mit dem Schnittwerkzeug kann der Niederhalter den Prozess der Formgebung nicht stören und wird erst beim Schnittvorgang zusammen mit dem Schnittwerkzeug in seine Arbeitsstellung verfahren, in der er die Bewegungsfreiheit des fertigen Formteils begrenzt und nur Bewegungen in die gewünschte Abtransportrichtung zulässt.
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Bei zahlreichen Ausführungsformen ist das Transportelement, insbesondere die Transportbürste, fest an einer geeigneten Position in der Nähe der Schnitteinrichtung installiert. Es ist jedoch auch möglich, dass die Transportbürste oder ein anderes Transportelement an einer beweglich gelagerten Halteeinrichtung derart angebracht ist, dass das Transportelement durch Bewegung der Halteeinrichtung zwischen einer Ruhestellung weiter entfernt von der Schnitteinrichtung bzw. dem sich entwickelnden Biegeteil und einer Eingriffstellung mit Eingriff am Formteil bewegbar ist. Solche Ausführungsformen können beispielsweise bei Biegemaschinen mit einem Biegetisch sinnvoll sein. Solange die Formgebung noch nicht abgeschlossen ist, stört das in Ruhestellung bewegte Transportelement den Biegevorgang nicht und das Biegeteil kann sich entsprechend dem vorgegebenen Biegeprozess entwickeln. In der Endphase des Biegevorgangs, wenn die Formgebung weitgehend abgeschlossen ist, kann das Transportelement in ihre Eingriffstellung bewegt werden, das fertige Biegeteil sanft beruhigen und kontrolliert in eine von der Schnitteinrichtung entferntere Position transportieren, wobei das Biegeteil dabei auf dem Biegetisch abgleitet, der dabei als Führungseinrichtung dient. Nach Verlassen des Transportelements haben die fertigen Biegeteile immer mehr oder weniger den gleichen Bewegungszustand und die gleiche Orientierung, so dass eine geordnete Sammlung der Biegeteile ohne gegenseitiges Verhaken möglich ist.
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Bei manchen Ausführungsformen ist die Umformmaschine eine Federwindemaschine oder eine Windemaschine für andere Formteile. Die Umformmaschine kann auch als Federwickelmaschine konfiguriert sein. In solchen Maschinen können z. B. Schraubendruckfedern und gegebenenfalls auch Zugfedern durch Umformen erzeugt werden. Auch bei anderen Wickelmaschinen kann die Erfindung genutzt werden. Bei anderen Ausführungsformen ist die Umformmaschine als Biegemaschine konfiguriert. Mit Biegemaschinen können komplexe Biegevorgänge mit gegebenenfalls mehreren unterschiedlichen Biegeebenen durchgeführt werden. Bei anderen Ausführungsformen ist die Umformmaschine eine Richt- und Abschneidemaschine, die aus einem üblicherweise als Coil vorliegenden Materialvorrat gerichtete Stäbe vorgebbarer Länge erzeugt.
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Manche konventionellen Umformmaschinen können auf einfache Weise mit einer Bürstentransporteinrichtung oder einer mit anderen Transportelementen ausgestatteten Transporteinrichtung nachgerüstet werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn bereits eine Führungseinrichtung der hier beschriebenen Art vorhanden ist.
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Somit offenbart die Anmeldung auch eine Bürstentransporteinrichtung, die als Nachrüstsatz unabhängig von einer Umformmaschine bereitgestellt und an die Umformmaschine angebaut werden kann. Der Nachrüstsatz kann z. B. die Transportbürste und den zugehörigen Bürstenantrieb enthalten, ggf. bereits in einem vormontierten Zustand. Der Bürstenantrieb ist dabei dazu vorgesehen, die Transportbürste in einer Umlaufrichtung anzutreiben. Auch andersartige Transporteinrichtungen können ggf. als Nachrüstsatz zur Verfügung gestellt werden.
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Offenbart wird auch die Verwendung einer als Transportbürste geeigneten Bürste, insbesondere einer Riemenbürste, als funktioneller Teil einer Bürstentransporteinrichtung an einer Umformmaschine.
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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 sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine schrägperspektivische Vorderansicht einer Federwindemaschine mit einer Ausführungsform einer Bürstentransporteinrichtung zwischen Schnitteinrichtung und Sortierweiche;
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2 zeigt den Bereich der Bürstentransporteinrichtung in einer vergrößerten, schematischen Detaildarstellung;
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3 zeigt in einer senkrechten Schnittdarstellung Details einer anderen Bürstentransporteinrichtung, die ebenfalls an einer Federwindemaschine verwendet werden kann;
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4 zeigt eine schrägperspektivische Gesamtansicht einer Richtmaschine mit einer Bürstentransporteinrichtung;
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5 zeigt eine vergrößerte Detaildarstellung der Bürstentransporteinrichtung aus 4;
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6 zeigt eine schematische Darstellung der Bürstentransporteinrichtung der 4 und 5 im Betrieb bei Transport kurzer gerichteter Stäbe;
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7 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine schwenkbar gelagerte Bürstentransporteinrichtung, die im Bereich eines Biegetischs einer Biegemaschine angeordnet ist; und
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8 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Biegetisch und die Bürstentransporteinrichtung aus 7.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 sind einige Komponenten einer Ausführungsform einer Federwindemaschine 100 gezeigt, die mit einer Transporteinrichtung 150 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist. Die Transporteinrichtung ist als Bürstentransporteinrichtung ausgelegt und hat ein oder mehrere Transportelemente in Form einer Transportbürste.
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Die computernumerisch gesteuerte Federwindemaschine hat eine mit Einzugsrollen 112 ausgestattete Einzugseinrichtung 110, die aufeinander folgende Drahtabschnitte eines von einem Drahtvorrat kommenden und durch eine nicht gezeigte Richteinheit geführten Drahtes 115 mit einem numerisch gesteuerte Vorschubgeschwindigkeitsprofil in horizontaler Richtung in den Bereich einer Umformeinrichtung 120 einzieht.
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Der Draht wird mithilfe von numerisch gesteuerten Werkzeugen der Umformeinrichtung in einer Federwindeoperation zu einer Schraubendruckfeder 190 umgeformt. Zu den Umformwerkzeugen gehören zwei um 90° winkelversetzt angeordnete Windestifte 122, 124, die in Radialrichtung zu einer Mittelachse ausgerichtet sind, welche der Lage der gewünschten Federachse entspricht. Die Windestifte bestimmen den Windungsdurchmesser der Windungen der Schraubenfeder. Die Position der Windestifte kann beim Einrichten der Maschine und/oder während der Herstellung einer Schraubendruckfeder über entsprechende Maschinenachsbewegungen verändert werden. Ein Steigungswerkzeug 125 hat eine Spitze, die im Wesentlichen senkrecht zur Federachse ausgerichtet ist und die neben den Windungen der sich entwickelnden Feder eingreift. Das Steigungswerkzeug kann mithilfe eines gesteuerten Verstellantriebs parallel zur Mittelachse 118 verfahren werden, um jederzeit die lokale Steigung der sich entwickelnden Feder vorzugeben.
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Weiterhin ist eine Schnitteinrichtung 130 vorgesehen, die nach Abschluss einer Umformoperation eine fertiggestellte Schraubendruckfeder mit einer vertikalen Arbeitsbewegung vom zugeführten Drahtvorrat abtrennt. Das hierzu vorgesehene Schnittwerkzeug 132 wirkt dabei mit einer Kante eines verfahrbaren Dorns zusammen, der sich beim Schnittvorgang im Inneren der Schraubendruckfeder befindet und als Gegenelement für das Schnittwerkzeug dient.
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Die zu den beweglichen Komponenten gehörenden Maschinenachsen der CNC-Maschine werden durch eine computernumerische Steuereinrichtung 180 gesteuert.
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Details zu Aufbau und Funktion geeigneter Ausführungsformen von Federwindemaschinen können beispielsweise der deutschen Patentanmeldung
DE 10 210 014 385 A1 der Anmelderin entnommen werden.
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Der Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung wird insoweit zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht.
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Die Federwindemaschine ist mit einem kamerabasierten, optischen Messsystem zur berührungslosen Echtzeiterfassung von Daten über die Geometrie einer aktuell hergestellten Feder ausgestattet. Zu dem Messsystem gehört eine CCD-Videokamera 140, die so installiert ist, dass ihr Bildfeld einen Abschnitt der sich entwickelnden Feder in der Nähe der Werkzeuge der Umformeinrichtung erfassen kann. Mit Mitteln der Bilderfassung können aus den Kamerabildern Daten über die Federgeometrie der hergestellten Feder ermittelt werden, die in einem Rechner der Steuereinheit 180 mit entsprechenden Daten für eine gewünschte Soll-Geometrie verglichen werden. Dadurch ist es zeitnah mit der Federherstellung möglich zu erkennen, ob die hergestellte Feder ein Gutteil (Federgeometrie im Toleranzbereich) oder ein auszusortierendes Schlechtteil (Federgeometrie außerhalb des Toleranzbereichs) ist. Das optische Messsystem fungiert also als Bestandteil eines Qualitätserfassungssystems.
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Mit Abstand schräg unterhalb der Umformeinrichtung 120 ist eine Sortiereinrichtung 170 mit einer Sortierweiche angeordnet. Die Sortiereinrichtung wird in Abhängigkeit von Signalen des kamerabasierten Qualitätserfassungssystems über die Steuereinrichtung 180 angesteuert. Im Beispielsfall hat die Sortiereinrichtung zwei unabhängig voneinander elektrisch oder pneumatisch verschwenkbare Leitplatten 172, 174, die die Federn einem der drei Auslasskanäle 177 (für Gutteile), 176 (für zu kurze Federn) und 175 (für zu lange Federn) zuleiten. Der Antrieb 179 für diese Bewegungen ist in 3 dargestellt.
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Zwischen der Umformeinrichtung 120 und der Sortiereinrichtung 170 sind Einrichtungen vorgesehen, die dazu beitragen, die abgetrennten Schraubendruckfedern im Rhythmus ihrer Entstehung taktgenau der Sortiereinrichtung 170 zuzuführen und die eine präzise Ansteuerung der Sortiereinrichtung ermöglichen.
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Eine Führungseinrichtung 160 hat an ihrer den Umformwerkzeugen zugewandten Seite bei den Ausführungsformen von 1 und 2 einen Einfangabschnitt in Form eines Trichters 162, der die abgetrennten Formteile einfängt und einem darunter angebrachten, schräggestellten Führungskanal 164 zuleitet, der zum Einlass der Sortierweiche führt. Der Führungskanal wird im Wesentlichen durch ein im Querschnitt U-förmiges Bauteil mit glattem, ebenen oder gekrümmten Boden gebildet, auf dem die Federn in Richtung Sortierweiche rutschen können, ohne seitlich ausweichen zu können. Der Boden der Führungsrinne dient dabei als Führungsfläche 164. Der Einfangabschnitt hat bei der Ausführungsform von 2 eine etwas andere Trichterform. Bei der Ausführungsform von 3 verläuft der Einfangabschnitt 162 in der Nähe der Umformwerkzeuge zunächst fast senkrecht in einem kleinen Anstellungswinkel zur Vertikalen und geht dann kontinuierlich gekrümmt in eine über eine gewisse Länge ebene Führungsfläche 164 über, die in einem Neigungswinkel von ca. 45° schräg zum Einlass der Sortierweiche verläuft. Diese Einrichtungen tragen dazu bei, die abgetrennten Federn auf ihren Weg zur Sortierweiche zu führen, so dass jede Feder von der Sortierung erfasst wird.
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Am Halter für das Schnittwerkzeug 132 ist ein Niederhalter 135 befestigt, der sich ohne Berührungskontakt mit der Feder in geringem Abstand über dieser befindet, wenn der Schnitt vollendet ist und das Schnittwerkzeug 132 seinen unteren Umkehrpunkt erreicht hat (3). In diesem Moment löst sich die Feder vom zugeführten Draht. Der Niederhalter verhindert ein Wegspringen der Feder nach oben, so dass der Feder nur die Möglichkeit bleibt, nach unten Richtung Einfangabschnitt zu fliegen. Der zusätzlich angebrachte Niederhalter verhindert also „Irrläufer” nach oben und optimiert dadurch den Fertigungsprozess.
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Weitere Einrichtungen sorgen für eine weitere Verbesserung des Abtransports und eine noch zuverlässigere Sortierung. Einen wesentlichen Beitrag hierzu leistet die Bürstentransporteinrichtung 150, die zur Aufnahme der abgetrennten Federn und zum Abtransport der fertigen Federn aus dem Bereich der Schnitteinrichtung beiträgt. Die Bürstentransporteinrichtung hat bei den Ausführungsformen der 1 bis 3 jeweils eine einzige Transportbürste in Form einer flachen Riemenbürste 152, welche nach Art eines Förderbandes über die Umfangsflächen von zwei Umlenkrollen 154, 156 geführt ist. Die Riemenbürste läuft dabei hochkant um, die Drehachsen der Umlenkrollen verlaufen horizontal, die Borsten sind nach außen gerichtet. Eine der Umlenkrollen, beispielsweise die Umlenkrolle 154, wird im Betrieb der Federwindemaschine über einen in 3 schematisch dargestellten Bürstenantrieb 155 mit kontinuierlicher Drehzahl so angetrieben, dass die Umfangsgeschwindigkeit des umlaufenden Riemens größer ist als die Zufuhrgeschwindigkeit der abgetrennten Federn. Hierdurch kann ein Formteilstau am Einlass der Transportbürste vermieden werden.
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Wie besonders gut in 3 zu erkennen ist, hat die Riemenbürste im Bereich zwischen den Umlenkrollen einen im Wesentlichen gradlinigen Abschnitt, der parallel zur Führungsfläche 164 mit Abstand oberhalb der Führungsfläche verläuft. Die Spitzen der Borsten 153 haben dabei nur einen geringen Abstand von einigen Millimetern oder Zentimetern gegenüber der parallel dazu verlaufenden, gegenüberliegenden Führungsfläche. Dieser Abstand ist deutlich geringer als der Außendurchmesser der zu transportierenden Federn. Der die Borsten tragende Flachriemen hat dagegen einen Abstand zur Führungsfläche, der deutlich größer ist als der Außendurchmesser der zu transportierenden Federn. Dadurch ist sichergestellt, dass eine Feder, die vom Einfangabschnitt in den Zwischenraum zwischen die Riemenbürste und die Führungsfläche geleitet wird, sanft aber zuverlässig von den Borsten der Transportbürste erfasst und entlang der Führungsfläche mit einer genau definierten Transportgeschwindigkeit bewegt wird, die der Umlaufgeschwindigkeit der Riemenbürste entspricht. Der Abstand kann je nach Formteilgröße eingestellt werden.
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Um die Genauigkeit der Ansteuerung der Sortierweiche weiter zu erhöhen, ist im Bereich der Transportstrecke, die zwischen dem geradlinigen Abschnitt der Riemenbürste und der gegenüberliegenden Führungsfläche 164 gebildet wird, ein Formteildurchlaufsensor 165 mit einer Lichtschranke angeordnet, die ein Durchlaufsignal erzeugt, wenn eine Schraubenfeder den Bereich der Lichtschranke passiert. Da der Abstand zwischen dem Formteildurchlaufsensor 165 und dem Einlass der Sortiereinrichtung 170 bekannt ist und weiterhin die Transportgeschwindigkeit der Federn in diesem Bereich aufgrund der Zwangsführung durch die kontinuierlich angetriebene Transportbürste 152 genau bekannt ist, können die Schaltzeitpunkte für die Stellbewegungen der plattenförmigen Verteileinrichtungen genau mit dem Eintreffen der Federn synchronisiert werden, so dass eine Fehlsortierung auch insoweit ausgeschlossen werden kann.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es somit möglich, dass das Steuersignal für die Sortierweiche zusätzlich über die in der Führungsrinne integrierte Lichtschranke freigegeben werden muss, so dass die Sortierweiche warten kann, bis sich tatsächlich die nächste Feder nähert. Schaltrhythmus und Federfluss werden synchronisiert. Ausführungsformen ohne ein solches Federdurchlauferfassungssystem sind auch möglich.
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Anhand der 4 bis 6 wird nun die Nutzungsmöglichkeit einer Bürstentransporteinrichtung bei einer Richtmaschine 400 beschrieben. Richtmaschinen, die präziser auch als Richt- und Abschneidemaschinen bezeichnet werden, sind dafür konzipiert, Drähte und andere durch Richten umformbare Materialien mit unterschiedlichen Querschnittsgrößen und -formen zu richten und auf eine gewünschte Länge zuzuschneiden, d. h. abzulängen. Die Richtmaschine 400 ist eine mehrachsige CNC-Werkzeugmaschine und ist im Beispiel dafür eingerichtet, relative kurze gerichtete Drahtstäbe herzustellen.
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Das zu richtende Material liegt zunächst üblicherweise in Form einer Drahtspindel (Coil) vor und wird mithilfe einer Einzugseinrichtung der Richtmaschine von einer Haspel eingezogen. Ein erstes Einzugsmodul 412 hat ein Paar von Schubwalzen, die das Material vom Drahtvorrat abziehen und in den Bereich einer Umformeinrichtung fördern, die im Beispielsfall einen rotierend antreibbaren Richtflügel 422 hat. In Materialflussrichtung hinter dem Richtflügel ist ein zweites Einzugsmodul 414 mit einem Paar von Zugwalzen angeordnet, die das gerichtete Material aus dem Bereich des Richtflügels abziehen. Die Schubwalzen und die Zugwalzen bilden gemeinsam die Einzugeinrichtung der Richtmaschine. Mithilfe eines Längenmesssystems, das z. B. mit einem Messrad oder optisch mittels eines Lasers arbeiten kann, wird die Durchlauflänge überwacht. Das gerichtete Material wird durch den Bereich einer Schnitteinrichtung hindurch in Richtung eines Auswerfers 462 geschoben, der das durchgeschobene Material abstützen kann. Ist bei dem gerichteten Materialabschnitt die gewünschte Länge erreicht, so wird der Abschnitt mithilfe einer Schnitteinrichtung 430 abgeschnitten. Der Auswerfer stößt den Stab seitlich an und dieser rollt über eine schräggestellte Führungsfläche 464 in einen unterhalb anschließenden trogförmigen Sammelbehälter 490. Es gibt auch Varianten ohne Auswerfer.
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Wenn die abzutrennenden, gerichteten Stäbe relativ kurz sind, besteht die Gefahr, dass sie sich beim Abrollen entlang der Ausfallschräge (Führungsfläche 464) verdrehen, so dass im Bereich des Sammelbehälters nicht die in 6 gezeigte parallele Ausrichtung der Stäbe vorliegt, sondern die Stäbe kreuz und quer durcheinanderliegen. Hierdurch wird die Weiterverarbeitung erschwert.
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Diese Probleme werden bei der Richtmaschine dadurch vermieden, dass unmittelbar hinter der Schnitteinrichtung 430 eine Bürstentransporteinrichtung 450 angebracht ist, die eine Transportbürste 452 in Form einer vertikal umlaufenden Riemenbürste hat, welche die abgetrennten Stäbe unmittelbar unterhalb des Auswerfers mittels ihrer Borsten aufnimmt und mit vorgebbarer Transportgeschwindigkeit im Wesentlichen ohne Änderung ihrer Ausrichtung in Richtung der Sammelmulde 490 fördert. Die Riemenbürste wird über zwei mit horizontalen Drehachsen schräg untereinander angeordnete Umlenkrollen 454, 456 gespannt, von denen die obere mittels eines nicht dargestellten Bürstenantriebs kontinuierlich angetrieben wird. Der zwischen den Umlenkrollen 454, 456 geradlinig verlaufende Bereich der Riemenbürste erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Ausfallschräge parallel zu dieser, so dass die gerichteten Stäbe 415 nach schräg unten zum Sammelbehälter zwangsgeführt werden. Der Bürstenriemen fixiert die Stäbe in dieser Ausführungsform gewissermaßen auf der Ausfallschräge und lässt nur kleine Schrägstellungen zu, so dass die Stäbe am Ende in dem Sammelbehälter alle weitestgehend parallel zueinander ausgerichtet sind. Es können auch zwei oder mehr als zwei Riemenbürsten oder andere Transportbürsten nebeneinander angeordnet sein, wenn es gewünscht ist, gerichtete Stäbe an zwei oder mehr Stellen festzuhalten und nach unten zu führen.
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Anhand der 7 und 8 wird eine Möglichkeit der Nutzung einer Bürstentransporteinrichtung 750 bei einer nicht näher dargestellten Biegemaschine zum Biegen von Rohr oder Draht gezeigt. Computernumerisch gesteuerte Biegemaschinen werden bekanntlich zur Herstellung von zwei- oder mehrdimensional gebogenen Biegeteilen unterschiedlichster Geometrien eingesetzt. Die Biegemaschine hat eine nicht dargestellte Einzugseinrichtung, die beispielsweise einen Greifer oder eine Zange oder Vorschubwalzen aufweisen kann, welche einen noch unverbogenen Abschnitt des zu biegenden Werkstücks 715 in den Eingriffsbereich eines Biegewerkzeugs 720 fördern. Der als Biegewerkzeug dienende Biegekopf hat einen um eine Zentralachse 723 drehbaren Dornteller 722, an dessen Oberseite zwei mit gegenseitigem Abstand zueinander angeordnete Biegedorne angeordnet sind, sowie eine mit radialem Abstand zur Zentralachse angeordneten Biegestift 724, der um die Zentralachse des Dornentellers schwenkbar ist. Das Biegewerkzeug und das Werkstück bzw. die Einzugseinheit können mehrachsig relativ zueinander verfahren werden, so dass Biegeoperationen in unterschiedlichen Biegeebenen möglich sind.
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Abhängig von der Soll-Geometrie des zu biegenden Formteils und dem Biegefortschritt kann der jenseits des Biegewerkzeugs liegende, bereits gebogene Teil so schwer sein, dass eine Unterstützung nötig ist, um ein ungewolltes Verbiegen aufgrund der Schwerkraft zu verhindern. Zu diesem Zweck hat die Biegemaschine einen Biegetisch 760 mit einer ebenen Oberseite 764, auf der sich das entstehende Biegeteil abstützen kann. Der Biegetisch ist im Beispielsfall horizontal ausgerichtet, kann jedoch auch schräggestellt sein.
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Oberhalb des Biegetischs ist eine verschwenkbare Bürstentransporteinrichtung 750 angebracht. Diese hat zwei mithilfe eines nicht gezeigten Bürstenantriebs kontinuierlich antreibbare Riemenbürsten 752, 752', die an einem Bürstenhalter 755 angebracht sind, welcher mittels eines nicht gezeigten Schwenkantriebs um eine horizontale Schwenkachse 756 verschwenkbar ist. Die Riemenbürste ist oberhalb des Bereichs angebracht, in dem sich zumindest ein Teil des fertiggestellten Biegeteils befindet.
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Zu Beginn eines Biegevorganges und über den größten Teil der für den Biegevorgang erforderlichen Zeit ist die Riemenbürste nach oben geschwenkt, so dass der Biegevorgang durch die Riemenbürste nicht behindert wird. In der Endphase des Biegens, unmittelbar vor dem Schneidevorgang, wird die Bürste durch Verschwenken des Bürstenhalters auf das Biegeteil abgesenkt. Dann wird das fertige Biegeteil mittels der Schnitteinrichtung 730 vom zugeführten Materialvorrat abgetrennt. Danach erfolgt mittels der angetriebenen Transportbürste ein motorischer Abtransport, wobei das Biegeteil über die glatte ebene Oberfläche 764 des Biegetischs 760 gefördert wird. Der Abtransport kann mithilfe der Bürstentransporteinrichtung in reproduzierbarer Weise erfolgen, so dass die fertiggestellten Biegeteile immer in der gleichen Weise (insbesondere mit gleicher Orientierung und gleicher Geschwindigkeit) einem Sammelbehälter zugeführt werden können und nicht miteinander verhaken können. Die Weiterverarbeitung der Biegeteile wird dadurch erheblich vereinfacht.
