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Verfahren zum richtenden Umformen , insbesondere
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Werkstücken I/()(.I(' S icw vtz Werkstücken Dio Frf.tnciung betrifft
ein Verfahren zum richtenden Umformen, insbesondere Biegerichten und/oder Torsionsrichten,
von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Beim Fertigen von Werkstücken aus Halbzeugen, insbesondere dann, wenn
die einzelnen Halbzeugteile zusammengelötet oder -geschweißt werden, ist oftmals
noch eine Korrektur des Werkstücks durch einen Umformvorgang mit einer lediglich
geringen Formänderung, ein Richtvorgang, erforderlich. Bis zum ersten Einsatz von
elektrischen oder elektronischen Steuerungen war dies ein rein empirischer Vorgang,
während dessen im mehreren aufeinanderfolgenden Schritten von Verformung und Konstrolle
die Istform des Werkstückes seiner Sollform angenähert wurde.
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Nach Einführung elektrischer Steuerungen wurde diese Iteration von
der Maschinensteuerung übernommen. Um aus dem iterativen Vorgehen ein gezieltes
zu machen, ist ein Wissen über den elastischen Anteil der Verformung notwendig.
Die heute bekannten Vej-ahren zum gezielten richtenden Umformen (im weiteren nur
Richten genannt), die bei der Bestimmung der notwendigen Gesamtverformung auf eine
Korrektur der zu erwartenden Rückfederuny angewiesen sind, benutzen im wesentlichen
empirische oder statistische Verfahren zur Ermittlung des Rückfederungswertes.
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Zur Ermittlung einer Korrekturfunktion für die zu erwartende Rückfederung
sind meist längere Versuchsreihen mit Werkstücken aus der Familie der zu richtenden
Werkstücke erforderlich.
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Trotzdem liegen beim Richtvorgang nur statistische Werte über das
prinzipielle Verformungsverhalten der Werkstückfamilie vor, nicht jedoch ein Wissen
über das tatsächliche Verhalten des vorliegenden Werkstückes. Dies hat zur Folge,
insbesondere bei solchen Werkstückfamilien, deren Verformungsverhalten größeren
Schwankungen unterliegt, daß mit der aus statistischen Werten ermittelten Rückfederung
die vorgegebene Sollform noch nicht erreicht werden kann, und mindestens ein zweiter
Richtvorgang erforderlich wird. Besonders in der Großserienfertigung,wo kostengünstige
Werkstoffe eingesetzt werden, die jedoch keine garantierten Festigkeitswerte besitzen,
streut eben dadurch das Verformungsverhalten stark von Werkstück zu Werkstück, so
daß statistische Verfahren keine Treffsicherheit aufweisen.
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Der Stand der Technik ist in folgenden Druckschriften ausführlich
beschrieben /1/ Btittgens, W : Stand der Technik bei altrichtmaschinen Bänder, Bleche,
Rohre 8 (1977), S. 333-336 /2/ Fangmaier, R.: Richtmaschinen in Rohradjustagen,Teil
1: Richtprinzip üblicher Schrä.gwalzen-Richt verfahren für Rohre - Entstehung des
Richteffekts. Bänder,Bleche, Rohre 8 (1976), S. 333-337.
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/3/ N.N.: 6. Intern. Drahtausstellung,Basel: Draht-Richten, - Abschneiden
und -Rippen.
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Draht 29 (1978) 10, S. 554-558.
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/4/ N.N.: 2. EMO, Hannover, 1977: Biege- und Richtmaschinen für Rohre,
Wellen Standen und Formstahl. Bleche, Rohre, Profile 12 (1977), 5. 506-515.
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/5/ Ioffmann,D.: Automatisches Richten von Prazisionsrohren auf Innengeradheit.
TZ für Metallbearbeitung 75 (1981) 1,S. 7-9.
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/6/ N.N.: 2. EMO, Hannover, 1977: Richten von Rohren und Stangen,
Rohrtrennen und -bearbeiten.
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Draht-Fachzeitschrift (1977) 12, S. 569-573.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß das Richtverfahren schneller und genauer
ist. Schneller heißt, daß nur eine einzige gezielte Verformung benötigt werden sollte;
genauer heißt, die Sollgeometrie soll nach einer einzigen Verformung im Rahmen der
Toleranz liegen. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 aufgeführten Maßnahmen gelöst. Uberlegungen im Rahmen der Erfindung haben nämlich
gezeigt, daß ein schnelleres und genaueres Richten dann möglich wird, wenn beim
Richtvorgang das Verformungsverhalten des aktuell zu richtenden Werkstückes berücksichtigt
wird. So ist ein Biege- (und Torsions-) Richtverfahren entstanden, das während der
Verformung das aktuelle Verformungsverhalten berücksichtigt.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird anhand der in den Zeichungen
(Fig. 1 bis Fig. 11) wiedergegebenen Diagramme und schematischen Darstelluncoen
näher erläutert.
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Aus dem Diagramm gemäß Fig. 1, das die Beziehung zwischen VerformkraiL
und Verformweg veranschaulicht, ist der Bereich 1 der elastisehen Verformung ersichtlich,
aus welchem die Kennwerte dieser Verformung
mittels der Überwachungseinrichtung
ermittelt werden.
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Mit 2 ist der Bereich bezeichnet, in welchem der Fließvorgang stattfindet.
Das verformte Werkstück federt um das Wegstück 3 zurück, so daß sich die bleibende
Verformung 4 ergibt.
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Falls das elastische Verhalten des Werkstücks durch die Hooke'sche
Gerade 1 in Fig. 2 beschrieben werden kann, läßt sich diese Gerade aus zwei Verform]craftlVerformwey-Wertel?aaren
2 bzw. 3 errechnen, die bei vorgegebenen Verformkraftwerten 2a bzw. 3a oder Verformwegwerten
2b bzw. 3b gemessen werden.
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Bei Werkstücken, deren elastisches Verhalten durch die Hooke'sche
Gerade beschreibbar ist, kann diese Gerade auch durch Regressionsrechnung aus einer
Vielzahl von Verformkraft/Verformweg-Wertepaaren ermittelt werden. Diese Wertepaare
werden während der Verformung des Werkstücks innerhalb eines bestimmten Verformkraft-
oder Verformwegbereichs 1b bzw. 1a der Fig. 3 gemessen, wobei die Regressionsrechnung
währenades Richtvorgangs durch die Überwachungseinrichtung durchgeführt wird.
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Wie Fig.4 zeigt, kann die gesamte Verformung des Werkstücks ausgehend
von SO mit konstanter Geschwindigkeit erfolgen,wobei 0 die Bewegungsrichtung genau
dann umgekehrt wird, wenn der Verformweg der Sollform 5soll zuzüglich der berechneten
Rückfederung entspricht.
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In einer Abwandlung des Erfindungsgedankens ist es auch möglich, gemäß
Fig. 5 die Verformung des Werkstücks mit konstanter Geschwindigkeit nur in dem Abschnitt
1 durchzuführen, in welchem die Kennwerte der elastischen Verformung ermittelt werden.
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Während des anschließenden Fließvorgangs im Abschnitt 2 wird die Verformgeschwindigkeit
in vorzugsweise proportionaler Abhängigkeit von der noch durchzuführenden plastischen
Verformung eingestellt. Die Entlastung nach Erreichen der Sollform im Abschnitt
3 kann mit beliebiger Verformgeschwindigkeit erfolgen.
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In Fig. 6 ist in 1 ein schematisches Beispiel für eine biegende
Verformung,
in 2 für eine tordierende Verformung dargestellt.
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In beiden Fällen wird das Werkstück nur in einer Richtung verformt,
um die Sollform zu erreichen.
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Fig. 7 zeigt in 1 schematisch vereinfacht ein Werkstück, das in mehreren
Richtungen sowohl tordierend (A,B,C) als auch biegend (X,Y,Z) zu richten ist. Die
gegenseitige Beeinflußung der einzelnen Richtbewegungen in Bezug auf das Werkstück
wird vor den Verformungen durch eine iterative äherungsrechnung, bei der das Werkstück
durch das Bewegungsmodell 2 dargestellt wird, aus den Verformweganteilen der einzelnen
Bewegungen herausgerechnet, so daß die Sollform nach Ausführung je einer Verformung
pro Richtung erreicht wird.
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Bei Rohrfedermanometern ist die Rohrfeder über ein U-förmiges Koppelelement
mit dem Zahnradmechanismus verbunden. Durch Verbiegen des Koppelelementes läßt sich
nun die Über setzung des Manometers verändern. Aufgrund fertigungstechnischer Unzulänglichkeiten
muß nun jeder Manometer durch Verbiegen des Koppelelementes so justiert werden,
daß die Zeigerabweichung beim Belasten mit einem definierten Druck innerhalb vorgegebener
Toleranzgrenzen liegt. Die notwendige Verformung des Koppelelementes kann aus der
Zeigerabweichung und dem Übersetzuncjsverhältnis von Zahnrad- und Hebelmechanismus
berechnet werden.
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Die in figur 8 dargestellte Einrichtung zeigt die Verbiegung des Koppel
elementes 1 gemäß dem beschriebenen Verfahren. Mit dem formschlüssigen Greifer 2
wird an dem Koppelelement 1 solange gezogen bis die berechnete Sollform erreicht
ist. Während des Biegevorganges wird die Verformkraft mit dem piezoelektrisehen
Kra£taufnehmer 3 und dem Ladungsverstärker 3.1 gemessen.
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Der Verformweg selbst wird an dem Verschiebetisch mit dem Wegaufnehmer
5 und dem Verstärker 5.1 gemessen. Beide Meßsignale werden permanent von der Uberwachungseinrichtung
zur Verarbeitung eingelesen. Die Uberwachungseinrichtung steuert den Bewecjungsabiauf
des Verschiebetisches über die Motorsteuerung 4.2 tnd Antriebsmotor 4.1. Sobald
gemäß dem beschriebenen Verfahren die bleibende errechnete Verformung erreicht ist,
schaltet
die Uberwachungseinrichtung den Antriebsmotor 4.1 über
die Motorsteuerung 4.2 ab. Mit einem weiteren Befehl wird der Antriebsmotor 4.1
umgesteuert und solange rückwärts gefahren, bis die Verformkraft Null ist, d.h.
die elastische Rückfederung aufgehoben ist.
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Nach Abschluß des Verformungsvorganges hat das Koppelelement die berechnete
Sollform und das Manometer arbeitet innerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen.
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Fahrradgabeln werden aus mehreren vorgeformten Stahlrohr- und Stahlblechteilen
zusammengesetzt und hartgeloetet. Anschliessend wird die Vorlaufkruemmung gebogen.
Auch wenn bei der Fertigung der Einzelteile Wert auf Masshaltigkeit gelegt wird,
ist nach der Loetung (durch die Waermeeinwirkung) die Istform der Gabel nicht in
der vorgegebenen Toleranz. Daher müssen die Gabeln in einem Richtvorgang auf Sollform
gebracht werden: Die Ausfallenden müssen einander parallel gestellt werden, ihr
Abstand voneinander und der Vorlauf-Abstand muß auf Sollmaß gebracht werden.
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Mit der in Fig. 9 dargestellten Einrichtung geschieht dies folgendermassen:
Die Gabel 1 wird am Lenkrohr 1.1 in einer, auf einem in Richtung der Lenkrohrachse
verfahrbaren Rolltisch 2.1 angebrachten Spannvorrichtung 2.2 gespannt. Mit Hilfe
des Rolltisches wird das Ausfallende 1.2 in den Mess- und Richtkopf (kurz MRK) der
Richtmaschine eingefahren. Der MRK verfügt über einen Greiftrichter 3, der so gestaltet
ist, das der Achsbolzen 3.1 des MRK in dem Ausfallschnabel 1.3 der Gabel zu liegen
kommt, unabhängig davon, wie weit und in welcher Richtung die Gabel von der Sollform
abweicht. Ist diese Lage erreicht, wird die Klappe 3.2 des Greiftrichters geschlossen
und das Ausfallende ist gefasst. Der Greiftrichter des MRK ist in zwei Achsen drehbar
und in zwei Richtungen verschieblich gelagert.
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Diese Lagerungen sind so reibungsarm gestaltet, daß die Gabel den
MRK verschieben kann, ohne sich nennenswert elastisch zu verformen.
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Die genanten vier Bewegungsrichtungen sind folgendenrmassen um den
Greiftrichter herum angeordnet: Der Greiftrichter selbst ist in einem um die Achse
4 drehbar gelagerten U-förmigen Bügel 4.1 befestigt. Die Achse 4 schneidet die Achse
des Bolzens 3.1 rechtwinklig. Der Bügel 4.1 ist im Bügel 5.1 gelagert, der um die
Achse 5, die den Schnittpunkt der Achsen 4 und 3.1 orthogonal schneidet, drehbar
im Verschiebegestell 6.1 gelagert ist. Das Verschiebegestell 6.1 am Verschiebegestell
7.1, dessen Bewegungsrichtung senkrecht zu der von Gestell 6.1 verläuft und das
mit dem Maschinengestell, das nicht dargestellt ist, verbunden ist.
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Die Drehbügel 4.1 und 5.1 sind mit Drehantrieben 4.2 und 5.2 nach
Figur 10 sowie mit Winkelpositionsgebern (4.3 und 5.3), die Verschiebegestelle mit
Linearantrieben (6.2 und 7.2) nach Figur 11 und Linear-Weggebern (6.3 und 7.3) ausgestattet.
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Diese Antriebe ermöglichen einerseits die freie passive Bewegung der
Maschine, andererseits durch die eingebauten Kraftelemente eine gesteuerte Richtverformung
nach dem beschriebenen Richtverfahren.
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Ist das Ausfallende der Gabel in den Greiftrichter 3 einge-1iacht.,
dieser geschlossen und hat die Gabel die Maschine passiv wegbewegt, so werden an
den Winkel- und Linear-Positionsgebern die Istmaße des Ausfallendes von der Überwachungseinrichtung
ausgelesen. Diese berechnet die Abweichungen von den Sol 1 massen; daraus und aus
den Gleichungen des Bewegungsmodells errechnet sie die plastischen Verformwecfe
und -winkel für jede der vier Bewegungsachsen. Nacheinangler wird dann in je einer
Achse nach dem beschriebenen Richtverfahren das Ausfallende um das berechnete Stück
verformt. Sind alle Verfornlunqen ausgeführt, können die Linear-und Winkelpositionsgeber
zur Kontrolle noch einmal ausgelesen und mit den Sollwerten verglichen werden. Im
Regelfall liegt aber nach einem Verformungsschritt das Ausfallende innerhalb cier
vorgegebenen Toleranz. Um die ganze Gabel zu richten, muß
der beschriebene
Vorgang an beiden Ausfallenden durchgeführt werden; entweder nacheinander mit demse]ben
MRK, oder aber mit einer Maschine, die zwei unabhängige MRK besitzt, oder auf zwei
aufeinanderfolgenden Maschinen mit je einem MRK.
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Figur 10 zeigt einen Drehantrieb mit Momentaufnehmer 1 und Elektromotor
2 fl01 t C<t r . Di < D4 n(In rk nti< 4 < 3 laubt eine freie Bewegung
des angetriebenen Teiles 5 um ihr Spiel 6.
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Durch die Spielkontrolischalter 7 kann das Spiel auf den gesamten
Bewegungsbereich ausgedehnt werden, wenn die Motorsteuerung 8 dafür sorgt, daß keiner
der beiden Schalter 7 gedrückt bleibt. Eine derartige Anordnung ermöglicht das freie
Ausfedern des zu richtenden Teiles.
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Figur 11 zeigt einen Linearantrieb mit Kraftaufnehmer 1. Die Drehbewegung
des Elektromotors 2 und des Getriebes 3 wird durch eine Kugelgewindespindel 4 und
die Mutter 4.1 in eine Linearbewegung umgesetzt. Die Mitnehmerklaue 5 mit den Spiel
kontrollschaltern 6 erlaubt auch bei diesem Antrieb die bedarfsgerechte freie Bewegung
des angetriebenen Teils 7.