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ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung betrifft eine Dornkasteneinheit für eine Federwindemaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine mit einer solchen Dornkasteneinheit ausgestattete Federwindemaschine.
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Schraubenfedern sind Maschinenelemente, die in zahlreichen Anwendungsbereichen in großen Stückzahlen und unterschiedlichen Ausgestaltungen benötigt werden. Schraubenfedern, die auch als gewundene Torsionsfedern bezeichnet werden, werden üblicherweise aus Federdraht hergestellt und je nach der bei der Nutzung vorliegenden Belastung als Zugfedern oder Druckfedern ausgelegt. Druckfedern, insbesondere Tragfedern, werden beispielsweise in großen Mengen im Automobilbau benötigt.
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Schraubenfedern werden heutzutage üblicherweise durch Federwinden mit Hilfe numerisch gesteuerter Federwindemaschinen hergestellt. Dabei wird ein Draht (Federdraht) unter der Steuerung durch ein NC-Steuerprogramm mittels einer Zuführeinrichtung einer Umformeinrichtung der Federwindemaschine zugeführt und mit Hilfe von Werkzeugen der Umformeinrichtung zu einer Schraubenfeder umgeformt. Zu den Werkzeugen gehören in der Regel ein oder mehrere bezüglich ihrer Stellung einstellbare Windestifte zur Festlegung und ggf. zur Veränderung des Durchmessers von Federwindungen und ein oder mehrere Steigungswerkzeuge, durch die die lokale Steigung der Federwindungen in jeder Phase des Fertigungsprozesses bestimmt wird. Nach Abschluss einer Umformoperation wird eine fertiggestellte Schraubenfeder unter der Steuerung durch das NC-Steuerprogramm mittels einer Schnitteinrichtung von dem zugeführten Draht abgetrennt.
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Eine numerisch steuerbare Schnitteinrichtung hat ein Schnittwerkzeug, das nach Abschluss einer Umformoperation die hergestellte Schraubenfeder mit einer definierten Arbeitsbewegung vom zugeführten Drahtvorrat abtrennt. Das Schnittwerkzeug wird dazu so bewegt, dass sich das Schnittwerkzeug bzw. seine Schnittkante entlang einer vordefinierten, z.B. geradlinigen, oder elliptischen Bahn (Schnittbahn) bewegt. Als Gegenelement für das Schnittwerkzeug dient ein sogenannter Abschneidedorn, dessen vorderer Endabschnitt sich bei der Schnittoperation im Inneren der sich entwickelnden Feder befindet und eine Schneidkante aufweist, die beim Abtrennen mit dem Schneidwerkzeug zusammenwirkt.
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Der Abschneidedorn ist im laufenden Betrieb der Federwindemaschine bei jeder Schnittoperation erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt, insbesondere beim Abtrennen dickerer Drähte und/oder beim Abtrennen von Drähten aus relativ hartem Drahtmaterial. Der Abschneidedorn ist daher üblicherweise aus einem Hartmetallwerkstoff gefertigt. Während der am Schnittprozess beteiligte vordere Endabschnitt mit der Schneidkante mit hoher Präzision bearbeitet sein muss, um einen störungsfreien Schnittprozess zu ermöglichen, hat der Rest des langgestreckten Abschneidedorns üblicherweise einen rechteckigen Querschnitt mit weniger präzise bearbeiteten Außenflächen.
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Beim Einrichten einer Federwindemaschine wird die Lage des Abschneidedorns im Hinblick auf den Typ der zu erzeugenden Feder möglichst genau eingestellt. Der Abschneidedorn ist hierzu in einer Dornkasteneinheit montiert. Eine Dornkasteneinheit hat einen Dornkasten, der zum Einsetzen in eine Dornkastenaufnahmeöffnung eines Dornkastenträgers einer Federwindemaschine dimensioniert ist und häufig quaderförmige Gestalt hat. Der Dornkasten soll im eingesetzten Zustand innerhalb der Dornkastenaufnahmeöffnung entlang einer normalerweise horizontalen Verschiebungsrichtung verschiebbar sein, um später beim Einrichten die axiale Position des Abschneidedorns in Bezug auf das Maschinengestell exakt einstellen zu können. Der Abschneidedorn ist im fertig montierten Zustand innerhalb einer Ausnehmung des Dornkastens aufgenommen.
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Zum Einspannen des Abschneidedorns innerhalb der Ausnehmung des Dornkastens in einer vorgebbaren Einspannposition (Schnittposition) ist ein Dornspannsystem vorgesehen, mit dem ein eingesetzter Abschneidedorn in Bezug auf den Dornkasten durch radial zur Längsachse des Abschneidedorns wirkende Spannkräfte kraftschlüssig eingespannt und dadurch festgelegt werden kann. Wenn der Abschneidedorn im Dornkasten fest eingespannt ist, kann er durch Verschieben des Dornkastens innerhalb der Dornkastenaufnahmeöffnung an unterschiedliche Axialpositionen entlang der Verschiebungsrichtung verschoben werden. Mit Hilfe der Dornkasteneinheit ist es somit möglich, die Axialposition des Abschneidedorns beim Einrichten exakt festzulegen. Es gibt manuell betätigbare Dornspannsysteme. Um einen besonders festen Sitz des Abschneidedorns innerhalb des Dornkastens zu erreichen, werden oft auch hydraulisch betätigbare Keilspannsysteme eingesetzt, die hohe Spannkräfte aufbringen können. Allerdings ist der Einsatz von Hydraulik teuer und es muss Aufwand zur Vermeidung von Leckagen betrieben werden, die eine allmähliche Verschlechterung der Spanneigenschaften zur Folge haben können.
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Der Dornkastenträger ist bei moderneren Federwindemaschinen üblicherweise als linear bewegbarer Schlitten (Dornschlitten) ausgeführt, mit dem es möglich ist, den Dornkasten und den darin aufgenommenen Abschneidedorn senkrecht zur Dornlängsachse z.B. vertikal zu bewegen. Die europäische Patentschrift
EP 0 798 058 B1 zeigt ein Beispiel einer Federwindemaschine mit einer Dornkasteneinheit, die in einem Dornschlitten untergebracht ist.
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Beobachtungen des Erfinders haben gezeigt, dass es nach längerer Betriebsdauer insbesondere bei der Verarbeitung von relativ dicken Drähten zu einer Verschlechterung der Federqualität kommen kann, deren Ursachen sich alleine durch den unvermeidlichen Verschleiß an den zusammenwirkenden Schnittkanten von Schneidmesser und Abschneidedorn nur unzureichend erklären ließen.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Dornkasteneinheit für eine Federwindemaschine bereitzustellen, deren Verwendung an einer Federwindemaschine dazu beiträgt, auch bei Verwendung von relativ dicken und/oder schnittharten Drähten den Federfertigungsprozess so zu stabilisieren, dass hohe Stückzahlen von Federn ohne Korrekturen an einer einmal eingerichteten Federwindemaschine mit nahezu gleichbleibender Qualität hergestellt werden können. Dieses Ziel soll vorzugsweise mit kostengünstigen Mitteln erreicht werden.
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Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben stellt die Erfindung eine Dornkasteneinheit mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Federwindemaschine mit den Merkmalen von Anspruch 13 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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Die Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass sich während eines laufenden Federfertigungsprozesses die Qualität der hergestellten Federn dadurch verändern kann, dass der Abschneidedorn allmählich in Richtung der Umformwerkzeuge in Axialrichtung bzw. Längsrichtung des Abschneidedorns „wandern“ kann. Dadurch kann sich die geometrische Situation bei den am Schnittprozess beteiligten Komponenten ungünstig ändern. Beispielsweise sollte die Schneidkante des Abschneidedorns für die Schnittoperation ausreichend tief innerhalb der zuletzt erzeugten ersten Windung einer Schraubenfeder liegen, ohne jedoch in den Bereich der daran anschließenden zweiten Windung zu ragen. Stimmt in diesem Falle die axiale Position des Abschneidedorns bzw. der Schneidkante nicht ausreichend gut, so ist es theoretisch möglich, dass bei der Schnittoperation auch die dem Federende folgende zweite Windung leicht eingekerbt wird, wodurch sich an der Kerbstelle eine Schwächung ergeben kann, die in ungünstigen Fällen zum Ausfall von Federn führen kann.
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Aufwändige Untersuchungen möglicher Ursachen für das axiale Auswandern des Abschneidedorns führten zu der Erkenntnis, dass es sein kann, dass der Abschneidedorn infolge immer wiederkehrender Querbelastungen beim Schneiden während des Betriebs langsam in Richtung der Umformwerkzeuge „robbt“. Diesem Effekt könnte durch noch festeres Einspannen des Abschneidedorns entgegengewirkt werden, indem beispielsweise ein hydraulisch betätigbares Dornspannsystem verwendet wird, das große Spannkräfte erzeugen kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein anderer, auf die erkannten Ursachen des Problems optimal angepasster Ansatz gewählt, indem die Dornkasteneinheit mit einer zusätzlich zum Dornspannsystem wirkenden Auszugsbremseinrichtung ausgestattet wird, die ein axiales Auswandern des eingespannten Abschneidedorns infolge wiederkehrender Querbelastungen des eingespannten Abschneidedorns während des Betriebs der Federwindemaschine hemmt. Die Neigung zum axialen Auswandern des Abschneidedorns wird somit mit Hilfe der Auszugsbremseinrichtung im Vergleich zu gleichartigen Systemen ohne Auszugsbremseinrichtung signifikant reduziert. Versuche haben gezeigt, dass hierdurch die oben beschriebenen Probleme beseitigt oder jedenfalls erheblich vermindert werden können, so dass große Stückleistungen bei nahezu gleichbleibender Qualität ohne zwischenzeitliche Eingriffe am Schnittsystem möglich werden.
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Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Auszugsbremseinrichtung mindestens ein an eine Außenseite des Abschneidedorns flächig anpressbares Bremselement aufweist, welches aus einem Reibwerkstoff besteht, der gegenüber dem Werkstoff des Abschneidedorns einen Reibungskoeffizienten aufweist, der höher ist als der Reibungskoeffizient eines an diese Außenseite anpressbaren (Stahl-)Spannelementes des Dornspannsystems ohne ein entsprechendes Bremselement. Durch diese Maßnahme findet der Übergang zwischen der angestrebten Haftreibung zwischen Spannelement und Abschneidedorn und der unerwünschten, zum axialen Auswandern führenden Gleitreibung erst bei wesentlich höheren in Axialrichtung wirkenden Vorschubkräften statt. Für viele Belastungssituationen kann diese zusätzliche Bremskraft ausreichen, ein Auswandern nach Art einer Feststellbremse völlig zu verhindern. In anderen Fällen kann die Neigung zum axialen Wandern so weit reduziert werden, dass in der Praxis keine nachteiligen Auswirkungen mehr auftreten.
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Zwar wäre es möglich, eine Auszugsbremseinrichtung mit mindestens einem formschlüssig am Abschneidedorn angreifenden Halteelement vorzusehen, welches ein axiales Auswandern des Abschneidedorns vollständig verhindern könnte. Dadurch wären dann aber in der Regel die Freiheitsgrade bei der Einstellung der axialen Position der Abschneidedorns eingeschränkt, weil beispielsweise nur bestimmte Rastpositionen zur Verfügung stünden. Eine ausschließlich kraftschlüssig arbeitende Auszugsbremseinrichtung erlaubt dagegen eine stufenlose Einstellung der Axialposition des Abschneidedorns in Bezug auf den Dornkasten bei gleichzeitig ausreichend hoher axialer Haltekraft.
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Bei herkömmlichen Dornspannsystemen wird normalerweise ein typischerweise aus Werkzeugstahl bestehendes Spannelement des Dornspannsystems beim Einspannen an eine Seitenfläche des Abschneidedorns angedrückt. In solchen Fällen dürften typische Reibungskoeffizienten µ im Bereich der Reibungskoeffizienten für die Gleitpaarung Stahl/Stahl liegen, also im Bereich von ca. 0,08 bis ca. 0,25 (für trockene Haftreibung). Der Reibungskoeffizient µ ist ein Maß für die Reibungskraft im Verhältnis zur Anpresskraft zwischen zwei Körpern. Der Reibungskoeffizient bestimmt also, wie groß die Reibungskraft im Verhältnis zur Normalkraft ist, wobei eine höhere Reibungszahl auch eine größere Reibungskraft bedeutet. Vorzugsweise werden Reibwerkstoffe gewählt, deren Reibungskoeffizient gegenüber dem Reibungspartner Stahl bzw. Hartmetall bei mehr als 0,25 liegt, insbesondere im Bereich zwischen 0,3 und 0,4, ggf. auch darüber.
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In manchen Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Reibwerkstoff des Bremselementes ein Kunststoffmaterial mit mechanisch dämpfenden Eigenschaften aufweist. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Doppelfunktion erzielt werden, indem zusätzlich zur Bremswirkung auch noch eine schwingungsdämpfende Wirkung erzielt wird. Dadurch kann der auf die Schnittoperation zurückzuführende Lärmpegel gesenkt werden. Als besonders geeignet haben sich synthetische Kautschukmaterialien und/oder gewisse Kunstharzmaterialien herausgestellt. Diese können mit oder ohne integrierte Metallgeflechtstrukturen als Bremselemente einer Auszugsbremseinrichtung verwendet werden.
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Bei manchen Ausführungsformen ist es möglich, eine Auszugsbremseinrichtung durch geeignete Modifikation des Dornspannsystems zu schaffen. Bei derartigen Ausführungsformen ist an einem Spannelement des Dornspannsystems an einer zum Andrücken an den Abschneidedorn vorgesehenen Andruckseite mindestens ein Bremselement angebracht, welches durch Betätigung des Dornspannsystems an die Außenseite des Abschneidedorns anpressbar ist. Ein solches Spannelement kann also an der dem Abschneidedorn zugewandten Seite mit einem Bremsbelag versehen werden. Auf einen gesonderten Aktor zur Betätigung der Auszugsbremseinrichtung kann dadurch verzichtet werden, da die Auszugsbremseinrichtung gleichzeitig mit der Betätigung des Dornspannsystems wirksam wird. Derartige integrierte Auszugsbremseinrichtungen können gegebenenfalls mit relativ geringem konstruktivem Aufwand durch Modifikation herkömmlicher Dornspannsysteme geschaffen werden.
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Um aus der radialen Anpresskraft von Spannelementen des Dornspannsystems eine möglichst große axiale Haltekraft für den Abschneidedorn zu erhalten, ist bei vorteilhaften Ausführungsformen vorgesehen, dass das Spannelement eine zum Anpressen an den Abschneidedorn vorgesehene wirksame Spannfläche definiert und dass das Bremselement mehr als 50%, insbesondere 80% oder mehr der Spannfläche bedeckt. Das Bremselement kann also großflächig in Eingriff mit der Außenseite des Abschneidedorns geraten und dadurch eine hohe axiale Haltekraft erzielen. Außerdem kann sich dadurch eine Dämpfungswirkung auf großer Länge des Abschneidedorns ergeben.
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Es kann ausreichen, nur an der dem Abschneidedorn zuzuwendenden Seite eines Spannelements ein Bremselement vorzusehen. Bei manchen Ausführungsformen ist jedoch vorgesehen, dass an mindestens einem Spannelement des Dornspannsystems an einer der Andruckseite gegenüberliegenden Gegenseite ein Bremselement angebracht ist, welches durch Betätigen des Dornspannsystems an eine Innenseite der Dornkastenaufnahmeöffnung oder an eine Außenseite eines in die Dornkastenaufnahmeöffnung einlegbaren Zusatzelements anpressbar ist. Hierdurch kann einerseits eine Auszugshemmung für das Dornspannsystem geschaffen werden. Außerdem wird eine Umrüstung zwischen Konfigurationen für die Herstellung von linksgängigen Federn und rechtsgängigen Federn vereinfacht.
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Bei einer Weiterbildung ist eine zusätzlich zum Dornspannsystem vorgesehene Auszugsbremseinrichtung vorgesehen, die gesondert von dem Dornspannsystem betätigbar ist. Diese Variante der Zusatz-Auszugsbremseinrichtung kann ggf. ohne konstruktive Modifikation herkömmlicher Dornspannsysteme realisiert werden.
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Vorzugsweise ist die zusätzlich vorgesehene Auszugsbremseinrichtung dazu konfiguriert, an einem an einer Rückseite des Dornkastenträgers aus der Dornkastenaufnahmeöffnung herausragenden Endabschnitt des Abschneidedorns anzugreifen. Die Komponenten der Auszugsbremseinrichtung können z.B. an der Rückseite eines Dornkastenträgers oder des Dornkastens montiert werden.
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Bei einer Variante ist die gesonderte Auszugsbremseinrichtung nach Art einer Zangenbremse mit zwei an gegenüberliegenden Seiten des Abschneidedorns angreifenden Bremsschuhen ausgelegt. Dadurch können hohe Bremskräfte aufgebracht werden, wobei gleichzeitig Querbelastungen des Abschneidedorns weitestgehend verhindert werden.
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Bei einer Variante werden die an den Bremsschuhen vorgesehenen Bremsbeläge mit Hilfe eines Pneumatikzylinders als Aktor über zwei Gelenkhebel an gegenüberliegende Seitenflächen des Abschneidedorns gepresst. Dank der Hebelübersetzung reichen auch begrenzte Kräfte kostengünstiger Aktoren aus, um eine ausreichende Bremskraft zu erzeugen.
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Da die Auszugsbremseinrichtung eine Erhöhung der axialen Haltekraft bewirkt, kann in vielen Fällen das Dornspannsystem als robustes, manuell betätigbares Dornspannsystem ohne gesonderten Aktor konstruiert sein. Auf teure Hydraulik oder andere Aktorik zum Betätigen des Dornspannsystems kann verzichtet werden.
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Die Erfindung betrifft auch eine Federwindemaschine mit einer Dornkasteneinheit der in dieser Anmeldung beschriebenen und/oder beanspruchten Art.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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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. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Übersichtsdarstellung einer Ausführungsform einer Federwindemaschine;
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2 eine schrägperspektivische Darstellung einer Dornkasteneinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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3 einen Vertikalschnitt durch die Dorneinheit aus 2 und ein Detail aus dem Kontaktbereich zwischen einem Spannelement und dem Abschneidedorn;
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4 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine Federwindemaschine mit einer Dornkasteneinheit gemäß einer anderen Ausführungsform;
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5 eine Ansicht einer Zusatz-Auszugsbremseinrichtung mit einer pneumatisch betätigbaren Bremszange zum Einklemmen des Abschneidedorn; und
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6 einen Vertikalschnitt durch eine Einkeil-Spannvorrrichtung der Ausführungsform gemäß 4.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die Perspektivdarstellung in 1 zeigt einige konstruktive Elemente einer CNC-Federwindemaschine 100. Die 2 und 3 zeigen Details einer darin eingebauten Dornkasteneinheit 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die Federwindemaschine 100 hat eine mit Zuführrollen 112 ausgestattete Zuführeinrichtung 110, die aufeinanderfolgende Drahtabschnitte eines von einem Drahtvorrat kommenden und durch eine Richteinheit geführten Drahtes 115 mit numerisch gesteuertem Vorschubgeschwindigkeitsprofil in horizontaler Richtung in den Bereich einer Umformeinrichtung 120 zuführen kann. Komponenten der Umformeinrichtungen sind in 1 gut zu erkennen. Der Draht wird am Austritt der Zuführeinrichtung durch eine Drahtführung geführt.
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Der Draht wird mit Hilfe von numerisch gesteuerten Werkzeugen der Umformeinrichtung 120 zu einer Schraubenfeder umgeformt. Zu den Werkzeugen gehören zwei um 90° winkelversetzt angeordnete Windestifte 122, 124, die in Radialrichtung zur Mittelachse 118 bzw. zur Lage der gewünschten Federachse ausgerichtet sind und dafür vorgesehen sind, den Durchmesser der Schraubenfeder zu bestimmen. Die Position der Windestifte kann zur Grundeinstellung für den Federdurchmesser beim Einrichten entlang schräg verlaufender Richtungen sowie in horizontaler Richtung verändert werden, um die Maschine für unterschiedliche Federdurchmesser einzurichten. Diese Bewegungen können mit Hilfe elektrischer Antriebe unter Kontrolle der numerischen Steuerung vorgenommen werden.
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Ein Steigungswerkzeug 130 hat eine im Wesentlichen senkrecht zur Federachse ausgerichtete Spitze, die neben den Windungen der sich entwickelnden Feder eingreift. Das Steigungswerkzeug ist mit Hilfe eines numerisch gesteuerten Verstellantriebs der entsprechenden Maschinenachse parallel zur Achse 118 der sich entwickelnden Feder (d.h. senkrecht zur Zeichnungsebene) verfahrbar. Der bei der Federherstellung vorgeschobene Draht wird vom Steigungswerkzeug entsprechend der Position des Steigungswerkzeugs in Richtung parallel zur Federachse abgedrängt, wobei durch die Position des Steigungswerkzeuges die lokale Steigung der Feder im entsprechenden Abschnitt bestimmt wird. Steigungsänderungen werden durch achsparalleles Verfahren des Steigungswerkzeugs während der Federherstellung bewirkt.
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Die Umformeinrichtung kann ein weiteres, von schräg unten zustellbares Steigungswerkzeug mit einer keilförmigen Werkzeugspitze haben, die bei Einsatz dieses Steigungswerkzeuges zwischen benachbarte Windungen eingeführt wird. Die Verstellbewegungen dieses Steigungswerkzeuges verlaufen senkrecht zur Achse 118. Die Steigungswerkzeuge können je nach Bedarf zum Eingriff gebracht werden. Typischerweise ist bei einem bestimmten Federwindeprozess nur eines der Steigungswerkzeuge im Eingriff.
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Oberhalb der Federachse ist eine numerisch steuerbare Schnitteinrichtung 150 mit einem Schnittwerkzeug 152 angebracht, das nach Abschluss einer Umformoperation die hergestellte Schraubenfeder mit einer definierten Arbeitsbewegung vom zugeführten Drahtvorrat abtrennt.
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Das Schnittwerkzeug wird dazu so bewegt, dass sich das Schnittwerkzeug bzw. seine Schnittkante in einer senkrecht zur Achse 118 liegenden Ebene entlang einer vordefinierten, geschlossenen Bahnkurve (Schnittbahn) bewegt.
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Als Gegenelement für das Schnittwerkzeug dient ein Abschneidedorn 155, der sich zumindest beim Schnittvorgang im Inneren der sich entwickelnden Feder befindet und eine schräge Schneidkante 156 aufweist, die beim Abtrennen mit dem Schnittwerkzeug 152 zusammenwirkt. Der Abschneidedorn und die zu seiner Montage in der Federwindemaschine vorgesehenen Bauteile sind besonders gut in den 2 und 3 zu erkennen.
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Der Abschneidedorn ist bei jedem Schnittvorgang erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Er ist daher als einstückiges Maschinenelement aus einem Hartmetallwerkstoff hergestellt. Ein vorderer Endabschnitt 157, der einen halbkreisförmigen Querschnitt hat und bei montiertem Abschneidedorn innerhalb der sich entwickelnden Feder liegt, hat an seiner Oberseite die Schneidkante 156. Der Rest des Abschneidedorns hat einen Rechteckquerschnitt, um ein verdrehgesichertes Einspannen des Abschneidedorns im Dornkasten bzw. an der Federwindemaschine zu erleichtern.
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Der Abschneidedorn ist bei fertig montierter Federwindemaschine Bestandteil einer Dornkasteneinheit 200, die im fertig montierten Zustand innerhalb einer rechteckigen Dornkastenaufnahmeöffnung 170 eines Dornkastenträgers 160 der Federwindemaschine sitzt. Die Dornkastenaufnahmeöffnung 170 ist ein im Querschnitt rechteckförmiger horizontal durchgehender Durchbruch in einem vertikal verschiebbaren Dornkastenträger 160, der bei dem Ausführungsbeispiel auch als Dornschlitten bezeichnet wird. Die Dornkasteneinheit mit dem darin eingespannten Abschneidedorn ist innerhalb der Dornkastenaufnahmeöffnung horizontal gleitend gelagert und kann daher in einer horizontalen Verschieberichtung stufenlos in jede gewünschte Axialposition gebracht werden.
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Wesentlicher Bestandteil der Dornkasteneinheit ist der flach quaderförmige Dornkasten 210 aus Werkzeugstahl, der in seinem Zentrum eine von der Vorderseite zur Rückseite durchgehende schmale rechteckförmige Ausnehmung 220 aufweist, in der der Abschneidedorn aufgenommen ist. Der Abschneidedorn wird mit Hilfe eines Dornspannsystems 230 im Dornkasten 210 bzw. in dessen Ausnehmung 220 eingespannt. Das Dornspannsystem 230 ist beim Ausführungsbeispiel als manuell betätigbares Doppelkeil-Spannsystem ausgelegt. Das vertikal aufspreizbare Dornspannsystem hat auf Seiten des Abschneidedorns ein erstes Spannelement 232-1 und an der gegenüberliegenden Gegenseite ein zweites Spannelement 232-2. Die Spannelemente sind über ein Lagefixierungselement 233 beweglich miteinander gekoppelt. Die einander zugewandten Innenseiten der Spannelemente sind als Schrägflächen gestaltet, so dass jedes der Spannelemente als Spannkeil wirken kann. Zwischen den Spannelementen sind zwei Spreizkeile 234-1, 234-2 angeordnet, die über eine Spannschraube 235 so miteinander gekoppelt sind, dass durch Drehen der Spannschraube der axiale Abstand der Spreizkeile verändert werden kann. An der für einen Bediener zugänglichen Vorderseite des Dornspannsystems ist eine Sechskant-Ausnehmung 236 vorgesehen, in die ein Inbus-Spannwerkzeug eingeführt werden kann. Durch Drehen der Spannschraube im Uhrzeigersinn werden die Spreizkeile symmetrisch zur Mitte des Dornspannsystems aufeinander zu bewegt, so dass über die Keilwirkung die Spreizkeile im Sinne einer Abstandsvergrößerung in Vertikalrichtung auseinandergedrückt werden.
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Im Ausführungsbeispiel ist das manuell betätigbare Doppelkeil-Spannsystem in einen Zwischenraum zwischen den Abschneidedorn 155 und einem quaderförmigen Zusatzelement 158 eingefügt, das auch als Beilage bezeichnet wird. Durch den Austausch der Positionen von Abschneidedorn und Beilage kann die Dornkasteneinheit sehr einfach von einer Konfiguration für die Herstellung von linksgängigen Schraubenfedern auf eine Konfiguration für die Herstellung von rechtsgängigen Schraubenfedern umgerüstet werden.
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Das Dornspannsystem zum Einspannen des Abschneidedorns 155 im Dornkasten ist so ausgelegt, dass der Abschneidedorn innerhalb der Ausnehmung 220 in jeder axialen vorgebbaren Einspannposition in der Weise eingespannt werden kann, dass der eingespannte Abschneidedorn in Bezug auf den Dornkasten durch radial zur Längsachse 154 des Abschneidedorns in Vertikalrichtung wirkende Spannkräfte kraftschlüssig festgelegt ist. Durch Verfahren des Dornkastens bzw. der Dornkasteneinheit innerhalb der Dornkastenaufnahmeöffnung 170 kann der Abschneidedorn an unterschiedlichen Axialpositionen entlang der Verschiebungsrichtung verschoben werden.
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Untersuchungen des Erfinders haben gezeigt, dass es insbesondere bei der Herstellung von Schraubenfedern aus relativ dicken und/oder schnittharten Drahtmaterialien passieren kann, dass der Abschneidedorn im Laufe des Prozesses immer weiter in Axialrichtung aus dem Dornkasten nach vorne in Richtung der Umformwerkzeuge herauswandert. Es wird angenommen, dass bei jedem Schnittschlag der Abschneidedorn durch Biegung beansprucht wird und dadurch allmählich aus seiner Einspannposition „herausrobbt“. An der Dornkasteneinheit sind konstruktive Gegenmaßnahmen getroffen, um ein derartiges axiales Auswandern des eingespannten Abschneidedorns zu verhindern oder wenigstens so weit zu reduzieren, dass in der Praxis keine nachteiligen Folgen auftreten. Dies wird durch eine Auszugsbremseinrichtung erreicht, deren funktionale Elemente im Beispielsfall in die Dornkasteneinheit integriert sind. Zu der Auszugsbremseinrichtung gehört ein erster Bremsbelag bzw. ein erstes Bremselement 310-1, der/das an der dem Abschneidedorn zugewandten Seitenfläche des ersten Spannelements 232-1 angebracht ist und sich im fertig montierten Zustand somit zwischen dem Abschneidedorn und dem aus Stahl gefertigten ersten Spannelement 232-1 befindet. Das Bremselement 310-1 wird durch einen relativ langen schmalen Streifen aus einem Reibwerkstoff gebildet, der im Beispielsfall im Wesentlichen aus einem geeigneten Kunststoffmaterial (z.B. synthetischer Kautschuk) mit integriertem Metalldrahtgerüst besteht und eine Dicke in der Größenordnung zwischen 0.5 mm und 4 mm hat. Das Bremselement erstreckt sich über mehr als 90% der axialen Länge des Spannelementes und über die gesamte Breite, die im Wesentlichen der Breite der Ausnehmung 220 entspricht. Das Bremselement wird beim Spannen des Dornspannsystems somit großflächig gegen die zugewandte Außenseite des Abschneidedorns gepresst.
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Am gegenüberliegenden zweiten Spannelement 232-2 befindet sich an der der Beilage zugewandten Außenseite ein entsprechendes zweites Bremselement 310-2, welches reibschlüssig an die zugewandte Innenseite des Zusatzelements 158 gedrückt wird, wenn das Dornspannsystem gespannt wird. Die Bremsbeläge können beispielsweise aufgeklebt und dadurch bei Bedarf leicht ausgewechselt werden. Über nach vorne vorspringende Absätze an den Enden der Spannkeile sind die Bremsbeläge zusätzlich in Längsrichtung mechanisch fixiert.
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Bei anderen Ausführungsformen werden die Bremselemente durch eine Beschichtung aus oder mit einem Reibwerkstoff gebildet, die an die Andruckseite eines Spannelements z.B. durch Anspritzen aufgebracht wird. Dann kann auf gesonderte Befestigungsmittel, z.B. Kleber, verzichtet werden. Es kann sich um eine Einlagenbeschichtung aus einer oder mehreren Komponenten oder um eine Mehrlagenbeschichtung mit unterschiedlichen Komponenten handeln.
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Der Reibwerkstoff der Bremsbeläge hat gegenüber dem Reibungspartner Stahl bzw. Hartmetall einen Reibungskoeffizienten µ im Bereich von 0,25 bis 0,35 (mittlerer dynamischer Reibwert bei trockener Reibung) und setzt somit die beim Anziehen des Dornspannsystems auf den Abschneidedorn bzw. die Beilage wirkenden Normalkräfte mehrfach besser in axiale Haltekräfte um als ein aus Stahl gefertigtes Spannelement ohne derartige Bremselemente. Somit wird auf einfache Weise eine Erhöhung der axialen Haltekraft durch die Spannkeile mit integriertem Bremsbelag erreicht, um den Abschneidedorn in seiner axialen Schnittposition zu halten. Das Dornspannsystem ist einfach von Hand zu bedienen. Die manuell durch einen Bediener aufbringbaren Spannkräfte reichen dank der Bremsbeläge aus, den Abschneidedorn sicher in seiner gewünschten Axialposition zu halten. Auf teure hydraulische Spannsysteme, die prinzipiell höhere Spannkräfte aufbringen könnten, kann daher verzichtet werden.
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Es hat sich herausgestellt, dass die mit einem dämpfenden Kunststoffmaterial aufgebauten Bremsbeläge auch noch eine Zusatzfunktion haben, indem der bei jedem Schnitt auftretende Schnittschlag mechanisch gedämpft wird. Diese Dämpfung hat eine Senkung des Lärmpegels bei der Schnittoperation zur Folge.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 und 3 werden die Bremselemente durch (manuelles) Betätigen des Dornspannsystems an die Außenseite des Abschneidedorns bzw. an die gegenüberliegende Gegenfläche der Beilage gepresst, so dass für die Betätigung der Auszugsbremseinrichtung kein gesonderter Antrieb erforderlich ist. Es ist jedoch auch möglich, eine gesonderte Zusatz-Auszugsbremseinrichtung vorzusehen, die unabhängig vom Dornspannsystem betätigt werden kann. 4 zeigt hierzu schematisch einen vertikalen Schnitt durch eine Federwindemaschine 400, die prinzipiell identisch oder ähnlich aufgebaut sein kann wie die Federwindemaschine 100. Es ist erkennbar, dass in der vertikalen Maschinenvorderwand bzw. in einem dort vertikal verfahrbar geführten Dornschlitten eine Dornkasteneinheit 500 angebracht ist, die den Abschneidedorn 555 in seiner Schnittposition hält, in welcher der vordere Endabschnitt 556 mit dem Schnittwerkzeug 552 zusammenwirken kann.
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Der Abschneidedorn ist im Dornkasten 610 der Dornkasteneinheit auf herkömmliche Weise eingespannt, beispielsweise durch ein manuell betätigbares Einkeil-Dornspannsystem 530 der in 5 gezeigten Art.
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Die axiale Länge des Abschneidedorns 555 ist so groß, dass an der den Umformwerkzeugen gegenüberliegenden Rückseite der Dorneinheit ein hinterer Endabschnitt 557 so weit herausragt, dass eine vom Dornspannsystem unabhängige, gesonderte Auszugsbremseinrichtung 600 daran angreifen kann. Einige Komponenten sind besonders gut in 6 zu erkennen.
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Die Auszugsbremseinrichtung 600 ist nach Art einer pneumatisch betätigbaren Zangenbremse ausgebildet. Die Bremszange bzw. Zangenbremse 606 der Auszugsbremseinrichtung sitzt direkt im hinteren Teil des Dornkastens und wird bei der Dornverschiebung mit bewegt. Sie umfasst zwei Gelenkhebelarme, die über ein Gelenk schwenkbar gekoppelt sind. An den kürzeren Hebelarmen sind Bremsschuhe 632 angebracht oder ausgebildet, die an gegenüberliegenden Seiten des Abschneidedorns an dessen Außenflächen symmetrisch angreifen können. Jeder Bremsschuh weist an seiner dem Abschneidedorn zugewandten Innenseite ein Bremselement 612 bzw. einen Bremsbelag aus einem Reibwerkstoff auf, der derselbe sein kann wie oben beschrieben.
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Zur Betätigung der Zangenbremse ist ein Pneumatikzylinder 615 vorgesehen, der die längeren Hebelarme der Zangenbremse so auseinanderdrückt, dass die Bremsschuhe aufeinander zu bewegt und dadurch an den zwischenliegenden Endabschnitt des Abschneidedorns großflächig angepresst werden. Der Abschneidedorn wird somit zusätzlich zur mechanischen Keilspannung über eine Bremszange gespannt.
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Über die beiden mit Druck beaufschlagten zusätzlichen Reibflächen wird eine Spannkrafterhöhung erreicht, die als Ergänzung zur mechanischen Keilspannung wirkt und somit auch die im Vergleich dazu höhere Spannkraft beim hydraulischen Dornspannen ersetzen kann. Vorzugsweise spannt die Bremszange den Abschneidedorn an seinen horizontalen Seitenflächen ein, während das Dornspannsystem mit den Spannkeilen den Abschneidedorn in Vertikalrichtung an seiner Ober- und Unterseite einspannt (vgl. 5).
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Da der Abschneidedorn in manchen Fällen bei der Umstellung von rechtsgängigen Schraubenfedern auf linksgängige Schraubenfedern umgesetzt wird und dadurch in einer anderen Vertikalposition liegt, ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass die Auszugsbremseinrichtung 600 zusätzlich zu einer ersten Bremszange eine gleichartig zweite Bremszange hat, wobei jede Bremszange bei einer der beiden möglichen Vertikalpositionen des Abschneidedorns in Eingriff mit dem Abschneidedorn gebracht werden kann.
