DE19835521C1

DE19835521C1 - Verfahren zum Biegen von Draht

Info

Publication number: DE19835521C1
Application number: DE1998135521
Authority: DE
Inventors: Bernd Schuessler
Original assignee: SCHUESSLER TECHNIK BERND SCHUE
Current assignee: SCHUESSLER TECHNIK BERND SCHUE
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2018-08-07

Abstract

Ein Verfahren zum Biegen von Draht mit Hilfe von räumlich und funktionell einander zugeordneten Bauteilen sieht vor, dass mindestens zwei Vorschublängen des Drahtes in zwei in der Biegeebene gegeneinander versetzten Drahtschichten gemessen werden. Die Ist-Werte der gemessenen Vorschublängen werden mit vorgegebenen Soll-Werten verglichen und es wird daraus ein Längen-Korrekturfaktor gewonnen, aus dem ein Korrektursignal für die Steuerung der Vorschublängen und des Biegewinkels erzeugt wird. DOLLAR A Mit einer derartigen Korrektur wird es möglich, den Problemen bei der Biegung von Draht, die beispielsweise in der inhomogenen Querschnittsverteilung des Drahtmaterials begründet sind, Rechnung zu tragen und die durch diese Schwankungen der Materialdichte infolge der Biegung des Drahtes entstehenden Abweichungen von der gewünschten Biegeform zu kompensieren.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen von Draht in eine vorgegebene Form, insbesondere zur Bildung eines Augenrandes einer Brille gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Stand der Technik

Das Grundprinzip bekannter Verfahren besteht darin, einen Draht des vorgesehenen Profils über zueinander entsprechend ausgerichtete Walzen und Rollen zu führen und während des Vorschubs eine räumliche Biegung vorzunehmen, so daß nach Durchlauf der vorgegebenen Vorschublänge des Biegeprofils, also beispielsweise des Umfangs eines Brillenrandes möglichst exakt die vom Glashersteller oder sonstigen Kunden vorgegebene Form des Augenrandes erreicht wird. Dies bringt verschiedene technologische Probleme mit sich, die am Beispiel des Augenrandes einer Brille erläutert werden:

Der Querschnitt auch des präzisesten Drahtes ist über seine Länge Schwankungen unterworfen, mit der Folge, daß die mit einer be stimmten Kraft/bestimmten Drehmoment im Bereich der Biegewalzen durchgeführte, computerberechnete Abbiegung in entsprechendem Umfang schwankt, was sich auf die Gesamtgestalt des Brillenrandes unter Umständen gravierend auswirken kann, wenn eine besonders starke Toleranzschwankung des Drahtes auf einem Drahtbereich auftritt, dessen Abbiegung von besonderer Bedeutung für das Gesamtergebnis der Biegung ist; die Präzision der gesamten Biegeabläufe läßt sich am ehesten dadurch ablesen, wie Anfang und (abgeschnittenes) Ende des Drahtes nach der Biegung eines Augenrandes "zusammenpassen"; in der Regel ergeben sich hieraus Toleranzen im Bereich von einigen Millimetern in allen Raumrichtungen, was den Abschneidevorgang bzw. dessen genaue räumliche Positionierung sehr erschwert (was aber nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sein soll).

Ein anderes Problem liegt in der Querschnittsverteilung des Materials des Drahtes; abhängig vom Material als solchem (z. B. Titan), dem gewählten Profil und dem Herstellungsverfahren des Drahtes sind über den Querschnitt Zonen verschiedener Materialdichte ausgebildet, die auch von Drahtcharge zu Drahtcharge schwanken können; diese Schwankungen in der Querschnittsverteilung des Materials mit den damit verbundenen Schwankungen der physikalischen Parameter wie Biegeverhalten, Torsionsverhalten führt ebenfalls dazu, daß die oben erwähnten Toleranzen bei der Biegung des Augenrandes auftreten bzw. noch verstärkt werden. Die unterschiedliche Querschnittsverteilung des Materials hat auch zur Folge, daß die Länge des Drahtabschnittes, die einen Augenrand bildet, schwankt, da bei der überwiegenden Biegung um 360° die inneren Bereiche des Drahtes zwangsläufig gestaucht, die äußeren Bereiche des Drahtes zwangsläufig gedehnt werden müssen, wodurch die Endlänge des Drahtabschnittes beeinflußt wird.

Bei einer vorbekannten Maschine der Anmelderin mit der Bezeichnung "S 503" wird von Meniskierrollen eine erste Biegung (Meniskierung) des Drahtes um eine Meniskierkante in einer ersten Biegeebene durch geführt und eine zur Meniskierkante beabstandete, nachfolgende Biegerolle eine zweite Biegung des Drahtes um eine Biegekante in einer zur ersten Biegeebene orthogonalen, zweiten Ebene durchge führt. Beim Biegen wird der zeitlich vorher meniskierte Draht schräg über die Biegewelle gebogen, dabei wird der Draht verdrillt (tor diert), je nach Meniskierradius und Richtung. Eine Korrektur der Verdrillung ist dabei nur über die Meniskierebene begrenzt möglich.

Aus der DE 43 30 783 A1 ist es bekannt, in Biegeprozessen und Biegeeinrichtungen die Biegungen kontinuierlich während der Bear beitung zu messen und beispielsweise den Soll-Biegewinkel mit dem Ist-Biegewinkel zu vergleichen, um damit bei Abweichungen außerhalb eines vorbestimmten Bereichs gegebenenfalls Stelleinrichtungen zu aktivieren, um die Abweichungen auszugleichen.

Einmal aufgrund solcher Toleranzen erfolgte Abweichungen von Biegungen von den "programmierten" Biegeverläufen sind nur bedingt zu "reparieren", da es sich abhängig vom Material bei den Biege-, Stauch- und Streckvorgängen um irreversible physikalische Vorgänge handelt, so daß man beispielsweise durch Zurückbiegen eines Drahtabschnittes nicht mehr den ursprünglichen Zustand des Drahtes in geradem Zustand erreicht, ganz davon abgesehen, daß angelieferte Drahtrollen, die zur Biegung zugeführt werden, ebenfalls bereits Stauchungen, Verbiegungen und Verdrehungen aufweisen.

Gegenstand der Erfindung

Es soll eine Möglichkeit geschaffen werden, durch eine definierbare, zusätzliche Beeinflussung des Biegevorgangs dem oben geschilderten Problem entgegenzuwirken.

Es ist folglich die wesentliche Aufgabe der Erfindung, die bekannten Verfahren und Vorrichtungen so zu verbessern, daß der Einsatzbereich dieser Verfahren vergrößert wird, und eine einmal für das Endprodukt vorgegebene oder errechnete mittlere Drahtlänge und die vorgegebene Formgebung des Endprodukts präziser einzuhalten.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentan spruchs 1 gelöst.

Ein wesentlicher Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, eine Korrekturmöglichkeit während der Bearbeitung eines Brillen randes, d. h. während der Bearbeitung eines Stück Drahtes einer bestimmten Länge, der in zusammengeformtem und gebogenem Zustand einen Brillenrand ergibt, vorzusehen, durch das die eingangs erläuterten Unregelmäßigkeiten und Toleranzen, die in der Struktur des Drahtes bedingt sind und sich je nach Verarbeitung, Abbiegungen oder auch insbesondere bei dreidimensionaler Verarbeitung (zusätzlicher Meniskierung) in unterschiedlicher Weise bemerkbar machen, weitgehend zu kompensieren. Der Erfolg, der damit erreicht wird, besteht im wesentlichen darin, daß die aufgrund der spezifischen Drahteigenschaften eines jeden Längenabschnittes, der einen "zukünftigen" Brillenrand bildet, eine Gesamtlänge (Endlänge) dieses Drahtabschnittes während aufeinanderfolgender Meßintervalle beim Biegevorgang so mittels des Korrekturfaktors modifiziert werden kann, daß die sich tatsächlich nach Vornahme sämtlicher Biegevor gänge ergebende Endlänge dem vorgegebenen Sollwert der Endlänge weitgehend entspricht und damit Anfang und Ende dieses Drahtab schnittes nach der Biegung des Augenrandes zumindest so weit anein anderstoßen, wenn eine ortsfeste Schneideeinrichtung den fertig geformten Biegerand vereinzelt, d. h., vom einlaufenden kontinuierlich verbogenen Drahtstrang abgetrennt hat.

Durch die Durchführung dieses Korrekturmechanismus für aufeinander folgende Brillenränder ergibt sich insgesamt eine "Selbstkorrektur" innerhalb der gesamten Drahtrolle, die auch bei Wechsel der Draht rolle wirksam bleibt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen ent nehmbar, wobei insbesondere auf eine Ausgestaltung hingewiesen werden soll, wonach der gewonnene Längenkorrekturfaktor ein all gemeines Maß für die Materialeigenschaften des individuell einge setzten Drahtes darstellt, das wiederum als ggf. zusätzliches Steuer- und Regelsignal für eine Korrektur des Biegewinkels innerhalb der Vorschublängeneinheiten (Radiussegmente) verwendet werden kann, wodurch ein zusätzlicher Beeinflussungsparameter gewonnen wird, um die eingangs beschriebene Genauigkeit des "Zusammentreffens" zwischen Brillenrand-Anfang und Brillenrand-Ende weiter zu erhöhen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1: Eine Skizze zur Erläuterung der grundlegenden Voraus setzungen und Probleme, die bei der Herstellung eines Biegerandes für eine Brille auftreten,

Fig. 2: eine perspektivische Gesamtdarstellung einer Maschine zur Durchführung der Biegung eines Brillenrandes,

Fig. 3: eine Schnittdarstellung durch die in Fig. 2 skizzierte Maschine in der Ebene eines Drahtes D,

Fig. 4: eine Darstellung der sich aufgrund der Abbiegungen mittels der Maschine in Fig. 2/3 ergebenden Längen differenzen bei einem bevorzugt gewählten Vorschub längenpaar, und

Fig. 5: eine flußdiagrammähnliche, schematische Darstellung des Verfahrensablaufs gemäß der Erfindung bei der in Fig. 2/3 dargestellten Biegevorrichtung.

Fig. 1 zeigt einen Brillenrand B, der aus einem entsprechend der gewünschten Form mit verschiedenen Biegeradien geformten Draht D mit einer Endlänge EL gebildet ist, die beispielsweise im Bereich von 15 cm bis 18 cm liegt. Beim dargestellten vereinfachten Ausführungs beispiel ist dieser Brillenrand durch fünf Radiussegmente R1 ... R5 gebildet, von denen der Einfachheit halber unterstellt wird, daß sie aus einheitlichen Radien gebildet sind und die gewünschte Brillen randform ergeben. Die Gesamtlänge EL des Brillenrandes ist somit die Summe der Radiussegmente:

Die in dieser Form einlaufende Drahtlänge muß abgelängt werden, d. h. eine Schneideeinrichtung SE ist in der Regel ortsfest vorgesehen, die nach Durchlaufen der vorgesehenen Endlänge EL den Draht D durchtrennt, wobei bei ideal ablaufenden Biegevorgängen (mit den Radien R1 ... R5) die Schnittstellen des Brillenrandanfanges und des Brillenrandendes sich mit Abstand Null räumlich unmittelbar gegenüberliegen müßten, was aus den oben ausführlich erläuterten Gründen in der Regel ohne zusätzliche Eingriffe nicht der Fall sein wird.

Dies liegt vereinfacht dargestellt daran, daß (unterer Teil der Fig. 1) z. B. bei einem kreisförmigen Drahtquerschnitt bei einer Abbiegung um einen Winkel α die in der Biegeebene (Zeichenebene) übereinander liegenden Drahtschichten F1, F0, F2 nach der Biegung eine unterschiedliche Länge der jeweiligen Drahtschicht ergeben, so daß sich beispielsweise nach der Biegung im dargestellten Ausführungs beispiel aus dem Kreisquerschnitt des linear vorgeschobenen Drahtes D ein elliptischer Querschnitt gebildet hat, mit anderen Worten, die Vorschublängeneinheiten L0, L1 und L2 des Drahtes D sind unter schiedlich groß.

Dies kann in gewissem Umfang kalkulatorisch erfaßt und berücksich tigt werden, da aber kein Drahtabschnitt wie der andere ist, werden sich hieraus immer Längenschwankungen ΔEL des Brillenrandes ergeben, die unglücklicherweise eben dazu führen, daß Anfang und Ende eines Brillenrandes sich entweder geringfügig überlappen oder ein Zwischenraum zwischen beiden verbleibt, mit der Folge, daß im ersten Fall der Brillenrand zu weit wird (das Brillenglas kann später herausfallen), oder beim Zusammenfügen der beabstandeten Stirnseiten der Brillenrand zu eng wird (mit der Folge, daß unter Umständen das Glas später nicht eingesetzt werden kann).

Diese Probleme zumindest zu minimieren ist die wesentliche Aufgabe der Erfindung, deren Lösungsmittel im folgenden anhand er nächsten Figuren erläutert wird:

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Maschine zur Durchführung von Biegungen eines Drahtes D zu einem Brillenrand, wozu eine Biegerolle 16, eine Biegewelle 15 und eine Vorschubrolle 14 vorgesehen sind. Die Biegerolle 15 ist dabei derart gelagert, daß sie um einen Biegewinkel β verschwenkbar gehalten ist, so daß eine Abbiegung des Drahtes D von der Biegerolle 16 um die Biegewelle 15 vorgenommen wird, wenn die Vorschubrolle 14 für einen kontinuierlichen Vorschub des Drahtes D sorgt.

Unter der Voraussetzung, daß kein Schlupf zwischen den drei Wellen und den von ihnen kontaktierten Oberflächen des Drahtes D auftritt, lassen sich somit die Vorschublängen L0 zwischen Draht und Vorschub rolle 14, L1 zwischen Draht und Biegerolle 16 und L2 zwischen Draht und Biegewelle 15 kontinuierlich messen, wobei nach obigem klar ist, daß diese Werte aufgrund der Stauchvorgänge und Torsionen unter schiedlich ausfallen und somit die Länge einer Vorschublängeneinheit beeinflussen und bestimmen.

Die Biegerolle 16 sitzt auf einer ersten Meßwelle 17, an deren anderem Ende ein erstes Zahnrad 17A gehalten ist. Dieses erste Zahnrad 17A kämmt mit einem zweiten Zahnrad 18A, das mit einer zweiten Meßwelle 18 (gestrichelt angedeutet) mit einem ersten Lagegeber 19 für die Biegerolle 16 gekoppelt ist. Durch die Kopplung der beiden Meßwellen 17 und 18 über die Zahnräder 17A, 18A ist sichergestellt, daß auch bei Verschwenkung um den Winkel β zur Erzeugung des Biegewinkels α eine kontinuierliche Messung der Vorschublängen L1_i gewährleistet ist, ein entsprechendes Signal kann vom Lagegeber 19 abgegriffen werden, wie dies symbolisch dargestellt ist.

Die entsprechende Messung der Vorschublängen L0_i wird von einem zweiten Lagegeber 20 für die Vorschubrolle 14 vorgenommen, der unmittelbar mit dieser gekoppelt ist. Hier kann folglich, wie dies ebenfalls symbolisch angedeutet ist, ein Signal abgegriffen werden, das die Vorschublänge L0_i repräsentiert; die beiden Signale L1_i und L0_i werden dann verarbeitet, wie dies weiter unten anhand der Fig. 5 erläutert wird.

Erfindungsgemäß wird nun ein Vorschublängenpaar für aufeinander folgende Vorschublängeneinheiten vorgegeben, beispielsweise die Kreissegmente R_i der Fig. 1, gemessen, im Ausführungsbeispiel ist dies das Vorschublängenpaar L0, L1. Aus der Differenz ΔL zwischen L0 und L1 lassen sich dann die weiter unten beschriebenen Maßnahmen ableiten.

Durch Messung der Umdrehungen der Biegerolle 16 und der Vorschub rolle 14 lassen sich die zugehörigen Vorschublängenpaare messen.

Zur Verdeutlichung ist in Fig. 3 nochmals eine Schnittdarstellung in der Ebene des Drahtes D dargestellt.

Im Unterschied zur Fig. 2 ist bei der Darstellung der Fig. 3 eine Variante des Antriebs und der Messung gewählt worden insofern, als Messung und Vorschub hier entkoppelt worden sind insofern, als die unterhalb des Drahtes D angeordneten vier Rollen 14A ... 14D als mit einander starr gekoppelte Vorschubrollen ausgelegt sind, wogegen die Rolle 14 hier lediglich die Meßfunktion hat. Bei dieser Konstella tion muß allerdings berücksichtigt werden, daß zwischen Vorschub rolle und Meßrolle auch Schlupf auftreten kann, so daß mittels einer Regelschleife zwischen Meßrolle und Antriebsrolle solche Schlupf erscheinungen korrigiert werden können; dieses Korrekturprinzip kann dem im folgenden erläuterten erfindungsgemäßen Regelungsprinzip ohne Schwierigkeiten überlagert werden und hat den Vorteil, daß der Lage geber 20 für beide Regelungsverfahren eingesetzt werden kann, so daß hier keine besonderen Aufwendungen erforderlich sind.

Fig. 4 zeigt einen möglichen zeitlichen Ablauf einer solchen Messung der Längendifferenz ΔL = L1 - L2 in verschiedenen Meßintervallen T1 ... T3, d. h. jedem Meßintervall T_i ist eine Längendifferenz ΔL_i zugeordnet, die umso größer ausfällt, je enger der Radius R_i (Fig. 1) ist und die näherungsweise Null ist bei sehr großen Radien, d. h., wenn der Biegewinkel α der Biegerolle 16 sehr gering ist. Dementsprechend definiert die erfindungsgemäße Lösung einen Minimalbiegewinkel α_min, bei dessen Unterschreitung die Messung unterbleibt, d. h., als Meßintervalle T_i werden nur solche Bereiche herangezogen, in denen der Biegewinkel α durchgehend größer als dieser vorgegebene Minimalbiegewinkel α_min ist.

Die beispielsweise im ersten Meßintervall T₁ erzeugte Längendiffe renz ΔL₁ ist somit das Integral der dargestellten Kurve a.

Fig. 5 zeigt die Auswertung dieser in den einzelnen Meßintervallen T_i gemessenen Längendifferenzen ΔL_i(Ist) = L1_i(Ist) - L0_i(Ist).

Aufgrund von Erfahrungswerten oder theoretischen Berechnungen ist in einem Speicher V für die aufeinanderfolgenden Meßintervalle Ti ein theoretischer Wert als Sollwert von ΔL_i = ΔL_i(Soll) bei einem optimal gebogenen Brillenrand mit i Vorschublängeneinheiten ange geben, der bei der Berechnung der Vorschublänge jedes Radiusseg mentes R_i zugrundegelegt worden ist, um das eingangs erwähnte "Zusammentreffen" der beiden anfangsseitigen und endseitigen Stirn seiten des Brillenrandes zu erreichen. Der Sollwert ΔL_i(Soll) ist nun in der Regel in jedem Meßintervall T_i geringfügig verschieden von dem über die Vorschubrolle 14 und der Biegerolle 16 gemessenen Wert L_i(Ist). Aus diesem Vergleich wiederum wird mit Hilfe einer weiteren Tabelle (oder auch aus einem Rechenalgorithmus) ein für das Meßintervall T_i geltender Längenkorrekturfaktor LKF_i gewonnen, der die Gesamtvorschublänge (Endlänge EL des Brillenrandes) dahingehend korrigiert, daß die nächste Vorschublängeneinheit L0(_i+1) entsprechend vergrößert oder verringert wird. Damit kann beispielsweise erreicht werden, daß eine vorgegebene Endlänge EL von 15 cm für einen Brillenrand aufgrund der Kumulierung der Sollwerte der Längendifferenzen ΔL_i(Soll) auch dann gewährleistet bleibt, wenn die sich tatsächlich ergebenden Längendifferenzen ΔL_i(Ist) von diesem Wert abweichen und somit ohne jede Korrektur zu einer Vergrößerung oder Verkleinerung der Endlänge von 15 cm führen würden.

Man kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren also eine einmal vorgegebene Brillenrandlänge EL beibehalten, die sich aus der Summe der korrigierten Vorschublängeneinheiten zusammensetzt, die jeweils von einem Radiussegment R_i des Brillenrandes gebildet sind, also etwa nach der Formel

Alternativ hierzu läßt sich auch ein mittlerer Längenkorrekturfaktor LKF definieren, so daß sich die Brillenrandlänge EL auch darstellen läßt als

Als Vorschublängeneinheit läßt sich ein beliebiger Abschnitt des Drahtes D definieren; dieser Abschnitt kann auch sehr kurz sein, so daß in der in Fig. 5 dargestellten Tabelle sehr viele Zeiten gespeichert sind und somit eine quasi-kontinuierliche Korrektur des Biegevorgangs durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann zur Definition einer Vorschublängeneinheit ein im Gesamtsystem ohnehin vorhandener Systemtakt zur Abfrage der Längenmeßwerte der Rollen verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Biegen von Draht in mindestens einer Biegeebene zu einer vorgegebenen Form mit Hilfe von räumlich und funktionell einander zugeordneten Bauteilen, wie z. B. einer Biegewelle und einer Biegerolle, wobei der Vorschub des Drahtes gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Vorschublängen (L0, L1; L1, L2; L0, L2) des Drahtes in zwei in der Biegeebene (E) gegeneinander versetzten Drahtschichten (F0, F1; F1, F2; F0, F2) gemessen werden und daß aus dem Vergleich der Ist-Werte der gemessenen Vorschublängen mit vorgegebenen Soll-Werten ein Längenkorrekturfaktor gewonnen wird, aus dem ein Korrektursignal für die Vorschublängensteuerung und die Biegewinkelsteuerung gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pro vorgegebener Vorschublängeneinheit (L0_i) des Drahtes (D) jeweils ein Vorschublängenpaar (L0_i, L1_i; L1_i, L2_i; L0_i, L2_i) während aufeinanderfolgender Meßintervalle (T_i) gemessen wird, und daß aus dem Vergleich der beiden gemessenen Ist-Werte eines Vorschub längenpaares (L0_i, L1_i; L1_i, L2_i; L0_i, L2_i) mit den zugehörigen vorgebenen Soll-Werten jeweils ein Längenkorrektur-Faktor (LKF_i) gewonnen wird, mit dem die nächste Vorschublängeneinheit (L0_i+1) im jeweils nächsten Meßintervall (T_i+1) und/oder der Biegewinkel (α_i) für die nächste Vorschublängeneinheit geändert vorgegeben wird/werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vor schublängeneinheit (L0_i) von einem Radiussegment (R_i) des Brillenrandes gebildet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß intervalle (T_i) nur in Bereichen liegen, wo der Biegewinkel (α_i) über einem Minimalwert (α_imin) liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für alle Vorschublängeneinheiten (L0_i) ein gemeinsamer Längenkorrekturfak tor (LKF) verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Vorschublänge (L0, L1, L2) durch Messung der Drehwin kel ϑ₀, ϑ₁, ϑ₂) der Vorschubrolle (14), der Biegewelle (15) und der Biegerolle (16) im jeweiligen Meßintervall (T_i) erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Längenkorrekturfaktor (LKF_i, LKF) ein Maß für die Material eigenschaften des Drahtes (D) gewonnen wird, das als Steuer- und Regelsignal für eine Korrektur des Winkels (β) verwendet wird.