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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absicherung einer Maschine,
insbesondere einer Biegepresse, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 und eine Sicherheitseinrichtung für eine solche Maschine gemäß den Oberbegriff
des Anspruchs 8.
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Die
Erfindung ist nicht auf Biegepressen im engeren Sinne begrenzt und
kann ebenso bei Abkantpressen, Stanzmaschinen, Schneidemaschinen und
anderen Maschinen verwendet werden, bei denen Maschinenteile gefahrbringende
Arbeitsbewegungen gegeneinander ausführen. Bei einer Biegepresse
erfolgt die Umformung des Werkstücks
im Wesentlichen dadurch, dass das Werkstück mit einem Biegestempel gegen
eine Matrize gepresst wird. Die gewünschte Formgebung lässt sich
durch entsprechende Ausbildung des Biegestempels und der Matrize
erreichen. Häufig
ist der Biegestempel ein Werkzeug, das an einem ersten, beweglichen
Maschinenteil angeordnet ist, während
die Matrize an einem zweiten, feststehenden Maschinenteil sitzt.
Da es jedoch nur auf die Relativbewegung der beiden Maschinenteile
zueinander ankommt, kann alternativ auch die Matrize bewegt sein
oder es können
beide Maschinenteile gegeneinander bewegt werden. Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung
kann in allen genannten Fällen
zur Anwendung kommen.
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Es
ist leicht nachvollziehbar, dass von einer Biegepresse eine erhebliche
Gefahr für
das Bedienpersonal ausgeht, insbesondere die Gefahr von Quetschungen
oder sogar die Abtrennung von Körperteilen.
Dementsprechend ist es bereits seit langem bekannt, Biegepressen
und dergleichen mit einer Sicherheitseinrichtung zu versehen, um
Unfälle so
weit wie möglich
zu vermeiden. In der
DE
101 38 223 A1 ist beispielsweise eine Lichtgitterschutzvorrichtung
für eine
Presse beschrieben, bei der ein Lichtgitter mit mehreren einzelnen
Lichtstrahlen derart programmiert und mit dem beweglichen Werkzeugteil
gekoppelt ist, dass bei der Gefahr bringenden Abwärtsbewegung
des ersten Werkzeugteils jeweils nur die Lichtschranken aktiv geschaltet
werden, die den unmittelbaren Bereich unterhalb des Werkzeugteil
absichern. Der aktive Bereich des Lichtgitters wandert mit der Werkzeugbewegung.
Wird einer der Lichtstrahlen unterbrochen, wird die Bewegung des
ersten Werkzeugteils gestoppt.
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Aus
der
US 5,579,884 ist
eine Lichtschrankenanordnung bekannt, bei der zwei oder drei Lichtstrahlen
parallel zur vorderen Kante des Biegestempels diesem vorauslaufen.
Wird einer der Lichtstrahlen unterbrochen, stoppt die Bewegung des
Biegestempels. Im Falle von nur zwei Lichtstrahlen verlaufen diese
symmetrisch nach vorne (zur Bedienerseite hin) und nach hinten (zu
der vom Bediener abgewandten Seite hin) versetzt. Gleiches gilt
im Fall von drei verwendeten Lichtstrahlen, wobei der dritte Lichtstrahl
dann genau unterhalb der vorderen Kante des Biegestempels und mit
einem größeren Vorlauf als
die beiden anderen Lichtstrahlen angeordnet ist. Der dritte Lichtstrahl
dient bei der Anordnung gemäß der
US 5,579,884 vorrangig als
Kontrollstrahl, der verhindert, dass ein sogenannter Muting Point
zu tief eingestellt werden kann. Der Muting Point (muting = stillsetzen
bzw. zeitlich begrenztes Nichtansprechen der Schutzeinrichtung)
bestimmt eine Stelle im Bewegungsablauf des Biegestempels, ab dem
die Lichtstrahlen der Sicherheitseinrichtung kurzzeitig deaktiviert
sind. Ohne eine solche kurzzeitige Deaktivierung könnte der
eigentliche Bearbeitungsvorgang nämlich nicht vollendet werden,
da der Biegestempel ansonsten stets stillgesetzt wird, wenn das zu
bearbeitende Werkstück
die Lichtstrahlen unterbricht.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung ein verbessertes
Verfahren zur Absicherung der Maschine und eine verbesserte Sicherungseinrichtung
bereitzustellen, wodurch insbesondere die Sicherheit erhöht wird,
insbesondere die Sicherheit im letzten Stadium des Schließvorganges.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird eine Maschine, insbesondere eine Biegepresse, abgesichert,
bei der ein erstes Werkzeugteil in Richtung auf ein zweites Werkzeugteil
bewegt wird, so dass im Verlauf der Arbeitsbewegung ein Öffnungsspalt
zwischen den Werkzeugteilen allmählich
geschlossen wird. Ein dem ersten Werkzeugteil vorlaufender Schutzbereich,
der zumindest einen Teil des Öffnungsspaltes
umfasst, wird durch wenigstens einen optoelektronischen Sensor überwacht,
so dass bei Eingriff in den Schutzbereich ein Schaltsignal, z. B. zum
Anhalten des ersten Werkzeugteils, erzeugt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass der Schutzbereich vollflächig
oder zumindest entlang seines Randes überwacht wird und dass im Betrieb
der Maschine, wenn der Öffnungsspalt
auf die Größe des Schutzbereichs
in Bewegungsrichtung reduziert ist, der Schutzbereich entsprechend
der Bewegung des ersten Werkzeugteils in Bewegungsrichtung verkleinert
wird, so dass bei der weiteren Schließbewegung im Wesentlichen der
ganze Öffnungsspalt
im Schutzbereich liegt.
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Der
wesentliche Vorteil besteht darin, dass gegen Ende der Arbeitsbewegung
der Schutzbereich eine größtmögliche Ausdehnung
hat, wodurch eine maximal mögliche
Sicherheit gegeben ist. Denn wenn der Öffnungsspalt in Bewegungsrichtung
kleiner wird als die Ausdehnung des Schutzbereiches wird der Schutzbereich
nicht deaktiviert (auf "muten" geschaltet), sondern
der Schutzbereich wird kontinuierlich zusammen mit dem Öffnungsspalt
verkleinert. Da der Schutzbereich vollflächig überwacht wird, ist eine optimale
Schutzfunktion gegeben, da somit der gesamt Öffnungsspalt überwacht
wird und zwar gerade dann, wenn die Arbeitsbewegung am gefährlichsten
ist, nämlich
gegen Ende der Arbeitsbewegung, wenn der Öffnungsspalt beginnt sich zu
schließen.
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Gegenüber bekannten
Sicherheitsanordnungen, die mit einzelnen Lichtschranken mit einzelnen Lichtstrahlen
arbeiten, ist durch die vollflächige Überwachung
eine vollständigere Überwachung
des Schutzbereiches möglich
und gegenüber
ausgedehnten Überwachungslichtstrahlen,
wie sie beispielsweise aus der
EP
1 198 308 bekannt sind, ist durch die kontinuierliche Anpassung
des Schutzbereiches an die Größe des Öffnungsspaltes
eine optimale Überwachung
insbesondere am Ende der Arbeitsbewegung gewährleistet.
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Sinnvollerweise
ist kurz vor Schließen
des Öffnungsspaltes,
wenn dieser so klein ist, dass eine ernsthafte Quetschgefahr nicht
mehr besteht, bei weiterer Schließbewegung der Schutzbereich
deaktivierbar.
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Vorteilhafterweise
ist die Arbeitsgeschwindigkeit des ersten Werkzeugteils in eine
erste schnellere Schließgeschwindigkeit
und eine zweite nachfolgende langsamere Schließgeschwindigkeit unterteilt ist
und ein Umschalten zwischen der ersten und der zweiten Schließgeschwindigkeit
erfolgt aufgrund einer in einem Referenzhub ermittelten Abbremsrampe bzw.
eines Nachlaufweges.
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Beispielsweise
durch intelligente Auswertung des am Empfänger empfangenen Lichtes kann je
nach Ausdehnung bzw. geometrischen Form des zu bearbeitenden Werkstücks wenigstens
ein Teil des Schutzbereichs deaktivierbar sein. So können die
verschiedensten Werkstücke
mit der Maschine bearbeitet werden, beispielsweise können in
einer Biegepresse Kästen
gebogen werden.
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Vorteilhafterweise
und um größtmöglichen Schutz
zu erhalten, erfolgt die Deaktivierung des Teils des Schutzbereichs
erst dann, wenn bei der Arbeitsbewegung das Werkstück in den
Schutzbereich eintaucht.
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Vorteilhafterweise
wird in einem Referenzhub des ersten Werkzeugteils die Lage der
Werkstückoberfläche zur
Bestimmung eines Klemmpunktes eingelernt. Damit ist bekannt, ab
welchem Punkt der Arbeitsbewegung das Werkstück in den Schutzbereich eingreift.
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Vorrichtungsgemäß wird die
Aufgabe durch eine Sicherheitseinrichtung gelöst, die einen optoelektronischen
Sensor mit einem Lichtsender zum Ausleuchten des Schutzbereiches,
einem Empfänger zum
Detektieren des Sendelichtes und eine Auswerte- und Steuereinrichtung
zum Erzeugen eines Schaltsignals, z. B. zum Anhalten des ersten
Werkzeugteils, bei Eingriff in den Schutzbereich aufweist. Der Sender
leuchtet den Schutzbereich vollflächig aus. Sender und Empfänger sind
dergestalt konfiguriert, dass wenn der Öffnungsspalt auf die Größe des Schutzbereichs
in Bewegungsrichtung reduziert ist, der Schutzbereich entsprechend
der Bewegung des ersten Werkzeugteils in Bewegungsrichtung verkleinerbar
ist, so dass bei der weiteren Schließbewegung im Wesentlichen der
ganze Öffnungsspalt
im Schutzbereich liegt.
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Da
der Schutzbereich vollflächig,
das bedeutet insbesondere relativ großflächig, überwacht wird und der Empfänger stets
ausgeleuchtet ist, ist die Sicherheitseinrichtung relativ unempfindlich
gegenüber Dejustierungen
des optischen Systems z. B. durch Vibrationen. Dies gilt insbesondere
dann, wenn der Querschnitt des Sendelichtes am Ort des Empfängers größer ist
als der Empfänger.
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Vorteilhafterweise
ist der Sensor an dem ersten Werkzeugteil fest montiert und wird
während
der Arbeitsbewegung mit dem ersten Werkzeugteil mitbewegt. Dann
ist immer eine genaue Ausrichtung des Schutzbereichs auf das erste
Werkzeugteil gegeben.
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Mit
Vorteil ist der Empfänger
des Sensors ortsauflösend
ausgebildet, insbesondere als matrixförmiger CMOS-Empfänger.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 eine
schematische Frontansicht einer Gesenkbiegepresse;
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2a–f jeweils
eine schematische Seitenansicht von Teilen dieser Gesenkbiegepresse
in unterschiedlichen Phasen eines normalen Bearbeitungsvorgangs;
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3a–f jeweils
eine schematische Seitenansicht von Teilen der Gesenkbiegepresse
in unterschiedlichen Phasen eines Bearbeitungsvorgangs in einem
Kastenbearbeitungsmodus;
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Eine
in 1 gezeigte Gesenkbiegepresse 10 besitzt
ein Oberwerkzeug 12, das zu einer Arbeitsbewegung vertikal
nach unten gegen ein Unterwerkzeug 14 angetrieben werden
kann, um ein auf dem Unterwerkzeug 14 aufliegendes Werkstück 16 zu
biegen. Das Oberwerkzeug 12 und das Unterwerkzeug 14 besitzen
Werkzeugkanten 18 und 20, die eine entsprechende
Form aufweisen, um das Werkstück 16 in
eine bestimmte Form zu biegen. Während
der Arbeitsbewegung wird ein Öffnungsspalt 22 zwischen dem
Oberwerkzeug 12 und dem Werkstück 16 allmählich geschlossen.
Die Gesenkbiegepresse 10 wird gesteuert von einer Steuerung 24 und
kann beispielsweise durch einen Fußschalter 26 aktiviert
werden.
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An
beiden Seiten des Oberwerkzeugs 12 ist jeweils ein Haltearm 28 vorgesehen.
Die Haltearme 28 tragen einen Lichtsender 30 und
einen ortsauflösenden
Empfänger 32,
die Teile eines optoelektronischen Sensors sind. Der Lichtsender 30 besitzt
eine Lichtquelle, beispielsweise eine Laserdiode mit einer Sendeoptik
(nicht gezeigt), die das Sendelicht zu einem Lichtstrahl 34 aufweitet.
Der Empfänger 32 besitzt
einen CMOS-Matrix-Empfänger,
der von dem Lichtstrahl 34 beaufschlagt wird.
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Der
Lichtstrahl 34 durchquert den Öffnungsspalt 22 entlang
der Unterkante 18 des Oberwerkzeugs 12. Wie aus
den 2 und 3 zu
erkennen, ist der Lichtstrahl 34 derart aufgeweitet, dass
er den bevorzugt rechteckigen Empfänger 32 voll ausleuchtet. Damit
auch bei Vibration und leichter Dejustage der Empfänger stets
voll ausgeleuchtet ist, ist der Querschnitt des Lichtstrahls 34 am
Ort des Empfängers 32 größer als
der Empfänger 32,
wie dies aus den 2 und 3 zu
erkennen ist, in denen ein kreisförmiger Lichtstrahl 34 dargestellt
ist, der den rechteckigen Empfänger 32 vollständig abdeckt.
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Der
jeweils aktivierte Teil des Empfängers 32 (in
den 2 und 3 jeweils
dunkelgrau meliert dargestellt) definiert innerhalb des Lichtstrahls 34 somit
einen volumenförmigen
Schutzbereich 36 zwischen dem Oberwerkzeug 12 und
dem Unterwerkzeug 14, wie nachfolgend noch erläutert wird.
Sobald eine nicht näher
dargestellte Auswerte- und Steuereinrichtung des Sensors, die auch
in der Maschinensteuerung 24 enthalten sein könnte, eine
zumindest teilweise Unterbrechung des Lichtstrahls 34 innerhalb
des Schutzbereichs 36 detektiert, löst sie ein Schaltsignal aus,
beispielsweise zum Anhalten des Oberwerkzeugs 12. Dadurch
wird eine Bedienperson, die beispielsweise das Werkstück 16 in
den Öffnungsspalt 22 einführt, vor
Verletzungen durch das Oberwerkzeug 12 geschützt.
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Nachfolgend
wird anhand der 2a bis 2f die
Funktionsweise der Gesenkbiegepresse gemäß 1 in einem
sogenannten Normalmodus, in dem eine ebene Platte gebogen wird,
erläutert.
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Die 2a bis
f zeigen jeweils die Werkzeugkante 18 des Oberwerkzeugs 12,
die Werkzeugkante 20 des Unterwerkzeugs 14, das
darauf aufliegende Werkstück 16,
den im Querschnitt runden Lichtstrahl 34 sowie den hiervon
beaufschlagten Empfänger 32 in
einer schematischen Seitenansicht. Von den einzelnen CMOS-Empfangselementen
des Empfängers 32 ist
zu verschiedenen Bearbeitungszeitpunkten, die in den Figuren dargestellt
sind, jeweils ein unterschiedlicher Teil aktiviert. Dieser aktivierte
Teil ist in den Zeichnungen dunkelgrau meliert dargestellt. Nur
diese aktivierten Empfangselemente werden auf eine Unterbrechung
des Lichtstrahls 34 überwacht,
um gegebenenfalls einen Abschaltvorgang auszulösen. Die Anordnung dieser aktivierten Empfangselemente
bestimmt dabei den Querschnitt des Schutzbereichs 36.
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Des
Weiteren ist jeweils in den unteren Hälften der 2a bis
f ein Zeigerdiagramm dargestellt, in dem angezeigt ist, in welchem
Punkt des Bearbeitungsvorganges sich die Gesenkbiegepresse befindet.
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2a zeigt
den Beginn des Bearbeitungsvorganges. Das Oberwerkzeug befindet
sich in seiner Ausgangsstellung am oberen Todpunkt. Der Lichtstrahl 34 beleuchtet den
gesamten Empfänger 32 dessen
sämtliche
Empfangselemente aktiviert sind, so dass der Schutzbereich 36 maximal
groß ist.
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Im
weiteren Verlauf des Bearbeitungsvorganges wird das Oberwerkzeug
abgesenkt entsprechend 2b. Der Schutzbereich 36 bleibt
unverändert
bis der Öffnungsspalt 22 auf
die Größe des Schutzbereichs 36 in
Bewegungsrichtung reduziert ist. Bis zu diesem sogenannten Umschaltpunkt
kann das Oberwerkzeug eine schnelle Arbeitsgeschwindigkeit durchführen. Im
Falle eines Eingriffs in den Schutzbereich 36 würde das
Oberwerkzeug innerhalb des mittels des Schutzbereichs 36 abgesicherten
Bereichs stoppen.
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Ist
die Presse soweit geschlossen, dass der Öffnungsspalt 22 kleiner
ist als die Größe des Schutzbereichs 36 in
Bewegungsrichtung, also die Schutzbereichsunterkante die Werkstückoberfläche erreicht
und unterschritten hat, wie in 2c dargestellt,
liegt ein Teilbereich 38 des Empfängers 32 unterhalb
des Werkstücks 16.
Dieser Teil 38 des Empfängers 32 wird
jeweils deaktiviert, was in 2c durch
die hellgraue Darstellung angedeutet sein soll. Die Ausdehnung des
Schutzbereichs 36 in Bewegungsrichtung ist dann reduziert
auf die Größe des Öffnungsspaltes 22.
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Bei
weiterer Absenkung des Oberwerkzeugs 12 mit einer langsameren
Schließgeschwindigkeit wird
der Schutzbereich 36 kontinuierlich verkleinert bis zu
einem sogenannten Muting Punkt, wie er in 2d dargestellt
ist. Der Muting Punkt ist dadurch definiert, dass der Öffnungsspalt 22 so
klein geworden ist, dass kein Finger mehr in den Öffnungsspalt 22 gelangen
kann und daher keine wesentliche Gefahr mehr droht. Diese Größe ist typischer
Weise 6 mm. Ab diesem Zeitpunkt werden sämtliche Empfangselemente des
Empfängers 32 deaktiviert,
wie dies in 2d zu erkennen ist.
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Danach
wird das Oberwerkzeug 12 weiter abgesenkt bis es zu dem
in 2e dargestellten Zeitpunkt das Werkstück 16 berührt. Dieser
Punkt wird auch als Klemmpunkt bezeichnet, da jetzt das Werkstück 16 zwischen
Ober- 12 und Unterwerkzeug 14 einklemmt ist. Der
Bearbeitungsvorgang wird dann vollendet und das Werkstück 16 entsprechend geformt,
wie in 2f dargestellt. Danach wird
das Oberwerk zeug 12 wieder bis zum oberen Todpunkt angehoben
und ein erneuter Arbeitsvorgang kann entsprechend den 2a bis 2f durchgeführt werden.
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Das
erläuterte
Verfahren zur Absicherung der Gesenkbiegepresse 10 und
die entsprechende Konfigurierung des Sensors haben den Vorteil,
dass der Öffnungsspalt 22 zwischen
dem Oberwerkzeug 12 und dem zu bearbeitenden Werkstück 16 in
jeder der in 2a bis 2f gezeigten
Schritte der Arbeitsbewegung durch einen maximal großen Schutzbereich 36 geschützt ist.
Bei genügend
großem Öffnungsspalt 22 entspricht
die Ausdehnung des Schutzbereichs 36 der Größe des Empfängers 32. Bei
kleinerem Öffnungsspalt 22 wird
in der erfindungsgemäßen Anordnung
stets in etwa der gesamte Öffnungsspalt 22 überwacht,
so dass eine Verletzungsgefahr durch einen Eingriff in den Öffnungsspalt
jederzeit erkannt werden kann.
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Da
unterschiedliche Werkstücke 16 unterschiedliche
Abmessungen, insbesondere unterschiedlichen Dicken aufweisen können, treten
Umschalt-, Muting- und Klemmpunkt zu unterschiedlichen Zeiten eines
Bearbeitungsvorganges auf. In einer Ausgestaltung der Erfindung
können
diese Punkte in einer Referenzbearbeitung, also einem Referenzhub
des Oberwerkzeugs 12 automatisch eingelernt werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist das Sicherungsverfahren und die
erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung
auch in anderen Arbeitsmodi einsetzbar. Die 3a bis
f zeigen einen sogenannten Kastenbearbeitungsmodus, in dem z. B.
ein Kasten 40 gebogen wird. Da im Verlaufe eines Bearbeitungsvorganges
Teile des Lichtstrahls 34 durch den dreidimensionalen Kasten 40 unvermeidbarer
Weise abgedeckt sein können,
wird der Schutzbereich 36 gemäß der Erfindung den aktuellen
Gegebenheiten angepasst, wie dies im Folgenden anhand der 3a bis 3f beispielhaft
erläutert
wird.
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3a zeigt
die Lage der Unterkante 18 des Oberwerkzeugs 12,
des Lichtstrahls 34, des Empfängers 32 und des Schutzfelds 36 zu
Beginn des Bearbeitungsvorganges. Zwar wird gemäß der Darstellung schon ein
kleiner Teil des Lichtstrahls 34 von dem Kasten 40 abgedeckt,
jedoch hat dies noch keinerlei Auswirkungen, da der Schutzbereich 36 noch nicht
betroffen ist.
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Im
weiteren Verlauf der Bearbeitungsbewegung taucht gemäß 3b der
Kasten 40 in den Schutzbereich 36 ein. Dies wird
jedoch von der Sicherheitseinrichtung als erlaubter Eingriff erkannt und
die eine Hälfte
des Schutzbereichs 36.1 deaktiviert. Die andere Hälfte 36.2 des
Schutzbereichs 36 bleibt aktiv.
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Dann
wird das Oberwerkzeug 12 weiter abgesenkt, bis der Öffnungsspalt
auf die Größe des Schutzbereichs 36 in
Bewegungsrichtung reduziert ist. Entsprechend der Öffnungsspalthöhe wird
dann ein weiterer Bereich 38.2 des Schutzbereichs 36 deaktiviert.
Dieser Teilbereich 38.2 entspricht dem Bereich des Schutzbereichs 36,
der unterhalb des Kasten 40 liegt und durch das Unterwerkzeug 14 abgedeckt
wird. Bei weiterem Absenken des Oberwerkzeugs 12 wird der
verbleibende aktive Schutzbereich 36.2 kontinuierlich entsprechend
der Abwärtsbewegung
des Oberwerkzeugs 12 verkleinert.
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Gemäß 3d wird
das Oberwerkzeug 12 dann weiter abgesenkt bis zu dem Muting
Punkt, der dem Muting Punkt entsprechend 2d entspricht. Ab
diesem Punkt wird der gesamte Schutzbereich 36 deaktiviert.
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Entsprechend
den 3 e und 3f wird das
Oberwerkzeug 12 dann weiter bis zum Klemmpunkt und bis
zum vollständigen
Biegen des Kastens abgesenkt.
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Auch
in dieser Betriebsart wird die Werkstückoberfläche, also im wesentlichen die
Blechstärke
und damit verbundene Umschalt-, Muting- und Klemmpunkte mittels
eines Refernzhubes eingelernt.
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Bei
einfachen geometrischen Formen des Kastens 40 wäre es auch
denkbar, nicht die eine Hälfte 36.1 des
Schutzbereichs 36 komplett zu deaktivieren, sondern diesen
Teilbereich 36.1 kontinuierlich zu verkleinern, wie auch
nach dem Umschaltpunkt der Teilbereich 36.2 kontinuierlich
entsprechend der Arbeitsbewegung des Oberwerkzeugs 12 verringert
wird. Andere Kastenformen als die dargestellte sind selbstverständlich denkbar
und bearbeitbar.