DE19748133A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von gewendelten Druckfedern aus Draht auf Windeautomaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und Vorrichtungen gemäß Oberbegriffen der Ansprüche 3 und 5 bis 7. Entsprechende Verfahren und Vor­ richtungen sind aus der DE-PS 676.746 (Bosch), DE-AS 22 64 589 (Huhnen) und DE 42 29 294 C1 (Wafios) bekannt; sie sollen helfen, die Elastizitätsgrenze des Federwerkstoffes zu erhöhen beziehungsweise die Richtung länglicher Ein­ schlüsse desselben zu verändern (Bosch), die Vorspannung von Schraubenzugfedern zu erhöhen (Huhnen) und die Möglich­ keiten zur Formung von Drahtgebilden zu erweitern (Wafios).

Bei herkömmlich hergestellten Schraubendruckfedern, auch konischen und taillierten, führt eine spontan über­ mäßige, insbesondere häufige Druckbeanspruchung, die über die Elastizitätsgrenze hinausgeht, allmählich zum soge­ nannten Setzen der Feder, bei dem sie unter Verringerung der Drahtsteigung des Federkörpers kürzer wird. Um dem vor­ zubeugen, ist es bekannt (siehe zum Beispiel WANKE, Klaus: 3.1 Vorsetzen. In Z "DRAHT" 1969, Nr. 3, Seite 126), eine überelastische Beanspruchung der fast fertigen Feder vor­ zunehmen - das sogenannte Vorsetzen. Gerade vorgesetzte Schraubendruckfedern enthalten aber wegen ihrer von vorn­ herein geringeren Steigung der Drahtwindungen bei gleicher Federlänge mehr Drahtlänge oder -dicke, so daß ein erhöhter Aufwand an Drahtmaterial erforderlich ist, der bei hohen Stückzahlen erheblich zu Buche schlägt.

Beim Herstellen von gewendelten Druckfedern aus Draht wird bisher mittels eines sogenannten Steigungskeiles gearbeitet, der die Steigung der Drahtwendel erzeugt und eine elastisch- plastische Drahtverformung bewirkt, deren elastischer An­ teil durch sogenanntes Rückfedern beseitigt wird, wobei das Setzen der fertigen Feder begünstigende Torsionseigen­ spannungen des Federdrahtes erzeugt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren und mindestens eine Vorrichtung zum Herstellen von Druckfedern aus möglichst wenig Draht zu kreieren, wobei ein Rückfedern und gebrauchsabhängiges Setzen der Feder und damit auch deren Vorsetzen vermieden werden soll.

Diese Aufgabe ist bei dem eingangs genannten Verfahren und den dort bezeichneten Vorrichtungen zu seiner Durch­ führung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 3 und 5 bis 7 gelöst. Insbesondere der Weg­ fall der bisherigen Rückfederung spart Drahtmaterial, weit dünnerer Draht verwendet werden und weniger federnde Win­ dungen vorgesehen sein können; ein Wegfall des Vorsetzens erhöht diese Einsparung (Haupteffekt). Außerdem entfallen bei dem Verfahrenserzeugnis die erwähnten ungünstigen Tor­ sionseigenspannungen im Draht, so daß das elastische Form­ änderungsvermögen der Druckfeder erhöht ist.

Das Verfahren gemäß Anspruch 1 kann gemäß Anspruch 2 durch­ geführt werden, um das elastische Formänderungsvermögen der so hergestellten Druckfeder weiter zu erhöhen (Nebeneffekt). Bei dieser Durchführungsweise findet nämlich eine Rück­ federung im Sinne einer Steigungsvergrößerung statt, wobei nun günstige Torsionseigenspannungen im Draht entstehen, die einem Setzen entgegenwirken.

Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4 hätte den Vorteil, daß durch das liniensymmetrische zweite Spillrad beim Schwenken keine Unwucht auftritt; diese kann aber auch mittels einer Gegen­ masse vermieden werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der durch die Zeichnung beispielhaft schematisch darge­ stellten vier Ausführungsformen im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die erste Ausführung in Vorderansicht unter Verwendung der aus der DE 42 29 294 C1 bekannten, programmsteuerbar um die Drahtachse drehbaren Drahteinzugsein­ richtung;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform, deren Aufbau und Wirkungsweise in etwa der Ausführungs­ form nach Fig. 1 entspricht;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform in Vorderansicht mit einer Draht-Umlenkschlaufeneinheit;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Ausführungsform von Fig. 3;

Fig. 5 eine vierte Ausführungsform in Vorderansicht, unter Verwendung einer diskontinuierlich gezielt gesteuert, in Rotation versetzten Spannzange und;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Windeplatte der Federwindemaschine mit einer Einrichtung zur plastischen Rückverformung der Steigung der federnden Druckfederwindungen während des Windeprozesses.

In den Fig. 1 bis 5 ist der Drahteinzug (10), die Windeeinrichtung (12), die Schneideinrich­ tung (14), sowie eine Einrichtung zum Vortordieren des Federdrahtes (18) einer CNC-gesteuerten Federwindemaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Druckfedern mit höherem elastischen Verformungsvermögen schematisch dargestellt.

In Fig. 1 wird die, aus der DE 42 29 294 C1 bekannte Drahteinzugseinrichtung (20) zum Vortordieren des Federdrahtes (18) und zum Vorschieben des Drahtes (18) in Windewerkzeuge (22) und (24) der Windeeinrichtung (12) zur Formung der optimierten Druckfedern verwendet. Dafür weist die be­ kannte, in der DE 42 29 294 C1 näher beschriebenen Drahteinzugseinrichtung ein Einzugsge­ häuse (28), in dem insgesamt vier Drahteinzugswalzen (30) drehbar gelagert sind, die den Draht in die Windeeinrichtung (12) vorschieben. Die Walzen (30) sind dabei paarweise angeordnet und wer­ den von einem ersten CNC-regelbaren Servomotor (32) über zwei Zahnriemengetriebe (34) und (35) programmgesteuert, drehzahlgeregelt intermittierend angetrieben.

Zum erfindungsgemäßen Vortordieren des zwischen den Drahteinzugswalzen (30) eingeklemmten und eingezogenen Federdrahtes (18) ist das Einzugsgehäuse (28) des Drahteinzugs (10) selbst in dem an der Federwindemaschine befestigten Lagerkörper (36) drehbar gelagert. Das Einzugsge­ häuse (28) wird von einem zweiten, regelbaren Servomotor (38) über ein weiteres Zahnriemenge­ triebe (40) programmgesteuert, intermittierend wahlweise vor- und rückwärtsdrehend angetrieben.

An der in Fig. 1 linken, der Drahteinlaufseite des drehbar gelagerten Einzugsgehäuses (28) ist eine übliche Drahtrichteinrichtung (44) mit horizontal und vertikal angeordneten Richtrollen zum Gerade­ richten des Drahtes (18) am verlängerten Einzugsgehäuse (28) befestigt, bevor dieser durch das Einzugsgehäuse (28) hindurch zwischen die Einzugswalzen (30) eingeführt wird.

Zur Unterstützung der Vortordierung des Federdrahtes (18) ist am Gestell der Drahtrichteinrich­ tung (44) in einer Halterung (48) ein Spillrad (50) drehbar gelagert. Der vom Haspel kommende Fe­ derdraht (18) ist unter Schlaufenbildung in einer Umfangsrille am Spillrad (50) in einer Windung um das Spillrad (50) gelegt, bevor er durch die Drahtrichteinrichtung (44) geführt wird. Das Spillrad (50) dreht sich beim Drehen des Einzugsgehäuses (28) zusammen mit Drahtrichteinrichtung (44) um die Drahtführungsachse (52).

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist die folgende:
Der geradegerichtete und zwischen den Einzugswalzen (30) eingespannte (endlose) Draht (18) wird bei Aktivierung des ersten Servomotors (32) durch die Drahtführung (54) hindurch mittels der CNC- gesteuerten Einzugswalzen (30) intermittierend in die Windestation (12) vorgeschoben, wo mittels den Windewerkzeugen (22) und (24) die angelegte Anfangswindung der Druckfeder gewunden wird. Nach dem Winden dieser angelegten nicht federnden Druckfederwindung wird zusätzlich zum ersten Servomotor (32) der zweite Servomotor (38) zum anschließenden Winden der federnden Win­ dungen aktiviert. Dadurch drehen sich das vom Zahnriemengetriebe (40) angetriebene Einzugsge­ häuse (28), das Spillrad (50) mit der Drahtumlenkschlaufe (56), die Drahtrichteinrichtung (44) und die angetriebenen, den Draht (18) fest einklemmenden Einzugswalzen (30) um die Drahtführungs­ achse (52).

Durch die gezielt CNC-gesteuerte und an das Steigungsmaß und die Steigungsverhältnisse der herzustellenden Druckfeder angepasste Drahtvorverdrillung vor der Windezone des Federwindeau­ tomaten wird die Steigung der spannungsoptimierten Druckfedern ohne Steigungskeil erzielt. Durch die CNC-Steuerung der Drahteinzugseinrichtung (20) wird eine auf die Federsteigung abgestimmte variable mögliche Verdrillung des Federdrahtes (18) durchgeführt.

Nachdem auch die federnden Windungen mit dem vorverdrillten Draht (18) gewunden wurden, wird der zweite Servomotor (38) gestoppt, so daß nur noch der erste Servomotor (32) für den Drahtein­ zug aktiviert ist und den nun nicht mehr tordierten Draht für die angelegte Endwindung in die Win­ deeinrichtung (12) transportiert. Zum raschen Abbau der Torsion im Draht könnte der zweite Servo­ motor (38) vor dem Winden der angelegten Endwindung der Druckfeder auch gesteuert kurzzeitig rückwärts drehen. Die fertige Druckfeder wird anschließend mit dem Abschneidemesser (26) der Schneideinrichtung (14) gegen den Abschneidedorn (27) abgeschnitten.

Die dem Draht (18) auch nach hinten aufgezwungene jeweilige Torsion wird durch den zum Patent angemeldeten, in der DE 44 43 503 A1 offenbarten Antidrallhaspel (Verf. u. Vorr. zur Drahtzuführung) zum Ablaufcoil hin total kompensiert.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungform einer schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Drahteinzugseinrichtung (20) mit Drahttordiereinrichtung, deren Aufbau und Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig. 1 entspricht. Der einzige Unterschied hierzu ist, daß ein zusätzliches Paar von Walzen (62) mit Umfangsrillen, die einem, zum Beispiel Ovaldrahtquerschnitt entsprechen, im Anschluß an die Drahteinzugswalzen (30) vorhanden ist, das ebenfalls vom ersten Servomotor (32), der auch die Einzugswalzen (30) antreibt, angetrieben wird. Diese profilierten Walzen (62) sol­ len das Verdrillen von Profildraht erleichtern, so daß gegebenenfalls das Spillrad (50) bei Verarbei­ tung von Profildraht umgangen werden kann.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigt eine weitere, schematisch dargestellte Ausführungsform unter Verwendung einer diskontinuierlich rotierbaren Draht-Umlenkschlaufeneinheit (68) zum Vorverdrillen des Feder­ drahtes (18) vor der Windestation einer Federwindemaschine zur Herstellung von spannungsopti­ mierten Druckfedern. Hierbei ist ein Drehen der Einzugswalzen (70) um die Drahtführungs­ achse (52) nicht vorgesehen. Die Walzen (70) werden mittels eines nicht gezeigten regelbaren Ser­ vomotors für den Drahtvorschub angetrieben. Zum Verdrillen des Drahtes ist an der Federwindema­ schine ein Drahtführungsrohr (72) in Lagern (74) drehbar gelagert, angeordnet. Am Drahtführungs­ rohr (72) ist ein U-förmiger Lagerbock (76) befestigt, in dem ein Spillrad (78) drehbar gelagert ist.

Das Drahtführungsrohr (72) ist mit einem Kegelrad (80) drehfest verbunden, das mit einem weiterem Kegelrad (82) kämmt, das auf dem Wellenstumpf eines federspezifisch getrennt CNC-gesteuerten Antriebsmotors (84) drehfest befestigt ist.

Der vom Drahtbund kommende zu verarbeitende Draht (18) wird in das Drahtführungsrohr (72) ein­ geführt, in einer Windung (86) um das Spillrad (78) gelegt, das mit einer entsprechenden Umfangs- Führungsrille versehen ist, und weiter durch das Drahtführungsrohr (72) und durch eine nichtge­ zeigte Drahtrichtvorrichtung hindurch zu den Drahteinzugswalzen (70) geführt. Das Drahfführungs­ rohr (72) ist im Bereich des Spillrades (78) mit einer Öffnung versehen, damit die Drahtschlaufe (86) herausgeführt werden kann. Nach dem Winden der angelegten Anfangswindung wird der getrennt gesteuerte Servomotor (84) aktiviert, wodurch über das Kegelradgetriebe (80, 82) und das Rohr (72) das Spillrad (78) samt der, um das Spillrad (78) geschlungenen Drahtschlaufe (86) getrennt gesteu­ ert und entsprechend der gewünschten Federsteigung in Rotation versetzt wird, und der Draht (18) vorverdrillt wird. Der zwischen den Einzugswalzen (70) eingespannte tordierte endlose Draht (18) wird so mittels den CNC-gesteuerten Walzen (70) zu federnden Windungen geformt. Die angelegte Endwindung wird dann wieder bei ausgeschaltetem Drill-Motor (84) ohne Vorverdrillung angewun­ den und die fertige Druckfeder anschließend mit dem Abschneidemesser (26) gegen den Abschnei­ dedorn (27) abgeschnitten.

In Fig. 5 ist eine weitere Einrichtung zur Drahttordierung schematisch dargestellt. Die diskontinu­ ierliche Drallerzeugung des Federdrahtes (18) für die Herstellung der federnden Windungen einer Druckfeder erfolgt hier durch eine Spannzange (90), die sich spontan schließen und wieder öffnen läßt, wobei hierzu elektromagnetische, pneumatische, mechanisch gesteuerte oder hydraulische Systeme angewendet werden können. Die so gesteuerte Spannzange (90) ist auf zwei Rund­ stangen (92) längsverschieblich gelagert. Die Spannzangeneinheit (94) wird CNC-gesteuert, fremd angetrieben in Rotation versetzt.

Nachdem die Drahteinzugswalzen (96) des Federwindeautomaten die Drahtlänge für das Winden der angelegten Anfangswindung eingezogen haben, schließt sich die Spannzange (90) kraftschlüs­ sig um den Draht (18) und wird gleichzeitig, CNC-gesteuert in Rotation versetzt. Der Draht wird durch die Einzugswalzen (96) des Windeautomaten nun weiter mit samt seiner fremd angetriebe­ nen, rotierenden und den Draht (18) fest umklammernden und auf den Rundstangen (92) geführten Spannzange (90) bis zum Ende der gestreckten Drahtlänge (Lfw), die genau der Drahtlänge der nur federnden Windungen der gewünschten Druckfeder entspricht, vorgezogen. Diese Linearstrecke der gestreckten Länge von nur federnden Windungen, und nicht auch noch der von den beiden angelegten Endwindungen der Druckfeder ist einstellbar. Danach erfolgt sofort und rechtzeitig die Öffnung der kraftschlüssig rotierenden Spannzange (90), damit auch die anliegende Endwindung steigungsfrei, also ohne Vorverdrillung durch die Windewerkzeuge (22) und (24) gewunden und der notwendige Trennschnitt der fertigen Feder vom Draht mit dem Abschneidemesser (26) erfolgen kann.

Ein einseitig wirkender nicht gezeigter Rückhubzylinder bzw. ein verschleißarm arbeitender, sehr schneller Rückhub über einen ebenfalls nicht gezeigten Linearmotor bringt anschließend das rotie­ rende Spannsystem (90) wieder in seine Ausgangsposition für den nächsten Drahteinzug.

Es ist möglich, daß man die Spannzange (90) mit ihrem Öffnungs- und Schließsystem sogar konti­ nuierlich rotieren lassen kann, wenn man sie an ihrem Ausgangspunkt erst dann gesteuert schließt, wenn vorher die angelegte Endwindung der letzen und die Anfangswindung der nachfolgenden Fe­ der gewunden worden ist. Während dieser Zeit kann sowohl der notwendige Trennschnitt des Auto­ maten, als auch der schnelle Rückhub des Schlittens mit der Spannzangeneinrichtung (90) zum Ausgangspunkt für die neue Feder erfolgen.

Für die eingangs erwähnte plastische Rückverformung der durch gesteigerte Vorverdrillung des Fe­ derdrahtes (18) zur Ergänzung günstiger Torsionseigenspannungen ist gemäß Fig. 6 vor der Winde­ platte (100) der Federwindemaschine mindestens ein servomotorisch und CNC-geregelt, längsbe­ wegbares Rückverformungswerkzeug (102) angeordnet, das ebenfalls servogesteuert zwischen die durch die Windewerkzeuge (22) und (24) der Federwindemaschine geformten federnden Windun­ gen eingeschwenkt wird und durch eine ziehende Längsverstellung des Rückverformungswerkzeu­ ges (102) jede einzelne federnde Windung mit ihrer aufgezwungenen größeren Steigung auf die ge­ wünschte Sollsteigung (möglichst reibungsarm) bringt. In der Fig. 6 ist gestrichelt gezeichnet ein zweites Rückverformungswerkzeug (104) angedeutet, das auf der dem ersten Werkzeug (102) ge­ genüberliegenden Seite und um eine halbe Federwindung versetzt, zwischen die Windungen ein­ greift, und das erste Werkzeug (102) unterstützend, eine gewünschte Sollsteigung ermöglicht. Anstelle von endlosem Bunddraht können Drahtstäbe verarbeitet werden. Bei linksgewundenen Fe­ dern muß die Tordierrichtung umgedreht werden.

Claims (8)

1. Verfahren zum automatischen Winden von gewendelten Druckfedern aus geradlinig geführtem Draht, der gegebenen­ falls von einem Vorrat endlos eingezogen und jedenfalls zur elastisch-plastischen Verformung vorgeschoben und dabei in eine Wendelform variierender Steigung gebracht wird, wobei der zu verformende Draht zumindest elastisch vor­ tordiert wird, gekennzeichnet durch ein steigungskonform programmgesteuertes Vortordieren in der Weise, daß eine Rückfederung der Federwindungen während des Windens vermieden wird, wobei die Endwindungen ohne Vortorsion erzeugt werden (Fig. 1 bis 5).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Windungen des Federkörpers mit einer größeren als der Soll-Steigung erzeugt und anschließend während des Windens plastisch rückverformt werden, bis sie die Soll-Steigung aufweisen (Fig. 6).

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach An­ spruch 1; mit einer programmgesteuerten Drahteinzugsein­ richtung (20), deren den eingezogenen Draht (18) einklem­ mende Teile (Walzen 30) gemeinsam um den geraden Einzugs­ abschnitt der Drahtführungsachse (52) programmgesteuert drehbar sind; und mit vom eingezogenen, vorgeschobenen Draht (18) beaufschlagbaren, stationären Windewerkzeugen (22 und 24), gekennzeichnet durch mindestens ein den eingezogenen Draht (18) über 360° angenähert in einer Ebene umlenkendes Spillrad (50), dessen Achshalterung (48) drehfest mit der Lagerung (Gehäuse 28) der klemmenden Einrichtungsteile (Walzen 30) verbunden und dadurch syn­ chron um den im wesentlichen durchgehenden geraden Einzugs­ abschnitt der Drahtführungsachse (52) schwenkbar ist (Fig. 1 und 2).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zwei gleiche, angenähert koplanare Spillräder, mittels deren der umgelenkte Draht ungefähr eine Acht beschreibt (ohne Figur).

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach An­ spruch 1, mit einer programmgesteuerten Drahteinzugsein­ richtung (20) deren den eingezogenen Draht (18) einklem­ mende Teile (Walzen 30 und 62) gemeinsam um den geraden Einzugsabschnitt der Drahtführungsachse (52) programmge­ steuert drehbar sind, und mit vom eingezogenen, vorge­ schobenen Draht (18) beaufschlagbaren, stationären Winde­ werkzeugen (22 und 24), dadurch gekennzeichnet, daß die Drahteinzugseinrichtung (20) als einen Draht (18) mit unrundem Profil einklemmende Teile (30 und 62) zumin­ dest ein Paar Profilwalzen (62) aufweist, deren Profil dem Drahtprofil angepaßt ist (Fig. 2).

6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach An­ spruch 1, mit einer stationären Drahteinzugseinrichtung (Walzen 70), die den eingezogenen Draht (18) mit kreis­ rundem Profil um den geraden Einzugsabschnitt der Draht­ führungsachse (52) drehbar gegen stationäre Windewerkzeuge vorschiebt, gekennzeichnet durch mindestens ein den eingezogenen Draht (18) über 360° angenähert in einer Ebene umlenkbares Spillrad (78), dessen Achslagerung (Lagerbock 76) mit einem geraden Drahtführungsrohr (72) starr verbunden ist, welches endseitig mittels eines Kegel­ rädergetriebes (80, 82, 84) um die Rohrachse programmge­ steuert drehbar gelagert ist (Fig. 3 und 4).

7. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach An­ spruch 1, mit einer stationären Drahteinzugseinrichtung (Walzen 96), die den eingezogenen Draht (18) um den geraden Einzugsabschnitt der Drahtführungsachse drehbar gegen stationäre Windewerkzeuge (22 und 24) vorschiebt, gekennzeichnet durch eine den einzuziehenden Draht (18) einspannende, fernsteuerbare Zange (90), die drehfest an einem axial vor- und zurückbewegbaren Schlitten gelagert ist, dessen Führung (Stangen 92) um den geraden Einzugsabschnitt der Drahtführungsachse pro­ grammgesteuert drehbar ist (Fig. 5).

8. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach An­ spruch 2, nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch ein den stationären Windewerkzeugen zugeordnetes Rückverformungs-Werkzeug (102) zum Justieren der Steigung der entstehenden Druckfeder und durch eine Einrichtung zum Verschieben des Werkzeuges (102) parallel zur Federachse sowie zum Schwenken des Werkzeuges (102) um eine zur Federachse parallele Achse (Fig. 6).