Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Biegewinkels zwi
schen zumindest zwei benachbarten Abschnitten eines Metallblechs in einer Biegemaschine mit einem Oberstempel
und einer Matrize gemäß dem Oberbe
griff des Patentanspruches 1.
Biegevorgänge wurden bisher derart durchgeführt, daß ein zu biegendes Metallblech zwi
schen einem Oberstempel und einer Matrize eingelegt wurde. Die Matrize hat einen vertief
ten Sitz und der Oberstempel dringt in den vertieften Sitz der Matrize während der relativen
Bewegungen in einem gewissen Maße unter Steuerung einer zentralen Steuereinheit einer
Biegemaschine ein. Die Steuerung erfolgt auf der Basis von Parametern, wie der Sorte des
Metallbleches und der Dicke desselben, des gewünschten Biegewinkels usw., bei der die
Größe der Relativbewegung von Oberstempel zu Matrize vorgegeben wird, nachdem das
Metallblech in stationärem Kontakt mit der Matrize gebracht worden ist.
Demgemäß dringt der Stempel in das Metallblech gegen den vertieften Sitz der Matrize um
einen vorbestimmten Weg ein. Daher wird das Metallblech an Teilen im Sitz gebogen. Die
Genauigkeit der Biegewinkel hängt natürlich davon ab, wie weit der Stempel in den vertief
ten Sitz eindringt. Je tiefer der Stempel eindringt, desto höher ist die Genauigkeit.
Die beschriebene Biegemaschine ermöglicht es jedoch nicht, genaue Biegewinkel bei ei
nem einzigen Biegevorgang zu erzielen. Während der plastischen Verformung behält das
Metallblech eine restliche, elastische Rückstellung bei, die nach der Trennung von Ober
stempel und Matrize zu einer elastischen Rückstellung des Metallbleches mit einer hieraus
resultierenden Verminderung des zuvor erzielten Biegewinkels des Metallblechs selbst führt.
Obgleich diese Erscheinung an sich bekannt ist und mit Hilfe von geeigneten Korrekturkoef
fizienten berücksichtigt wird, wenn die Biegeparameter bestimmt werden, so ist es dennoch
unmöglich, theoretisch die tatsächliche Stärke dieser Erscheinung vorauszusagen und die
se vollständig auszugleichen und zu korrigieren. Wenn daher genaue Biegewinkel erforder
lich sind, ist es notwendig, nach dem Biegen eine Messung des erhaltenen Winkels vorzunehmen
und dann möglicherweise einen zweiten und korrigierenden Biegevorgang auszu
führen. Dieser Umstand führt natürlich zu einer Verlangsamung des Biegevorganges und zu
einer Verkomplizierung der Herstellungsschritte sowie zu größeren Herstellungskosten.
Eine Vorrichtung zur Erfassung eines Biegewinkels zwischen zumindest zwei benachbarten
Abschnitten eines Metallblechs der eingangs genannten Art ist aus der JP 60 247415 A be
kannt. Dabei weist diese Vorrichtung vier im wesentlichen unabhängige Sensoren auf, die in
einem Bereich der Matritze angeordnet sind. Diese vier Sensoren erzeugen jeweils ein Sig
nal in Abhängigkeit des Abstands des jeweiligen Sensors von dem gebogenen Metallblech.
Diese vier Signale werden zu einer Biegewinkelermittlungseinrichtung übertragen, um den
jeweiligen Biegewinkel festzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung eines Biegewin
kels zwischen zwei benachbarten Abschnitten eines Metallblechs der eingangs genannten
Art zu schaffen, deren Aufbau vereinfacht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Erfassung eines Biege
winkels zwischen zumindest zwei benachbarten Abschnitten eines Metallblechs gemäß Patentan
spruch 1 gelöst.
Dadurch wird auf vorteilhafte Weise eine Vorrichtung zur Erfassung eines Biegewinkels zwi
schen zumindest zwei benachbarten Abschnitten eines Metallblechs geschaffen, wobei die
Erfassung in der Biegemaschine, d. h. noch während das Metallblech zwischen dem Ober
stempel und der Matrize einer Biegemaschine gehalten wird, erfolgt. Dadurch wird es mög
lich, daß unmittelbar anschließend möglicherweise notwendige Korrekturen vorgenommen
werden können und sich hierbei genaue Biegewinkel bei einem einzigen Biegevorgang er
zielen lassen.
Bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen
dargelegt.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. In
den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Biegemaschine mit einer Biegewinkelerfassungsein
richtung gemäß einer Ausführungsform,
Fig. 2 eine Ansicht einer modifizierten Ausführungsform der Biegewinkelerfassungsein
richtung, die in Fig. 1 gezeigt ist,
Fig. 3 eine Ausführungsvariante einer Biegewinkelerfassungseinrichtung, die im Oberstem
pel einer Biegemaschine vorgesehen ist.
In Fig. 1 ist eine Biegemaschine 1 gezeigt, die mit einer Vorrichtung zur Erfassung eines
Biegewinkels (Biegewinkelerfassungsvorrichtung) gemäß einer Ausführungsform ausge
stattet ist. Die Biegemaschine 1 umfaßt einen Oberstempel 2 und eine Matrize 3, zwischen
denen ein zu biegendes Metallblech 4 angelegt werden kann. Der Oberstempel 2 und die
Matrize 3 sind relativ in die Richtung der Pfeile mit Hilfe einer an sich bekannten Betäti
gungseinrichtung 9 bewegbar. Der Oberstempel 2 dringt in das Metallblech 4 unter Anlage
gegen den niedergedrückten Sitz 5 der Matrize 3 ein, um zwei Teile 7 und 8 zu biegen, zwi
schen denen eine Biegung 6 vorhanden ist. Die zugeordneten benachbarten Teile 7 und 8
des Metallbleches 4 auf gegenüberliegenden Seiten der Biegung 6 sind zwischen den ge
neigten Seiten 10 des Oberstempels 2 und der Matrize 3 in Kontakt mit der Matrize 3
gehalten, insbesondere im Hinblick auf die gegenüberliegenden, geneigten Kanten 11 des
Sitzes 5. Der Sitz 5 wird von zugeordneten, gegenüberliegenden, geneigten Flanken 12
begrenzt, die von zugeordneten Wandflächen 13, Kanten 11 und einem Scheitelbereich 16
gebildet werden, der den Grund des Sitzes 5 selbst darstellt.
Gemäß der Ausführungsform sind in dem Sitz 5 zwei E-förmige Differentialübertrager (Diffe
rentialtransformer) 18 und 19 angeordnet, die jeweils einen Magnetkern 24 enthalten, der
ähnlich eines Großbuchstabens E ausgebildet ist. Der Magnetkern 24 umfaßt drei Querarme,
auf denen ein Paar von gegenüberliegenden Sekundärwicklungen (Sekundärwindun
gen) 21 und 22 und eine zentrale Primärwicklung (Primärwindung) 23 angebracht sind, die
zwischen den Sekundärwicklungen 21 und 22 angeordnet ist. Die Primärwicklung (Primär
windung) 23 ist mit einer elektrischen Wechselstromversorgungseinrichtung 25 verbunden.
Die Übertrager (Transformer) 18, 19 sind jeweils auf einer Querflanke 12 des Sitzes 5 an
gebracht, wobei die Achsen der Wicklungen 21, 22, 23 im wesentlichen senkrecht zu der
Innenwandfläche 13 der zugeordneten Flanke 12 sind. Die Auslegung ermöglicht, daß die
Primärwicklungen 23 einen magnetischen Fluß erzeugen, der über die Sekundärwicklungen
21, 22 jedes Transformers geschlossen ist, wie dies mit im Kreis gezogenen Pfeilen auf der
rechten Seite angedeutet ist. Dieser magnetische Fluß geht durch das Metallblech 4 und
insbesondere durch die zugeordneten Teile 7, 8, die während des Biegevorganges einan
der benachbart und den Flanken 12 zugewandt sind.
Der gegenüberliegende Anschluß der Sekundärwicklungen 21, 22 ist andererseits über ein
zugeordnetes Paar von Leitungen 28 mit einer algebraischen Summiereinrichtung (Ermitt
lungseinrichtung) 30 an sich bekannter Art verbunden, die derart ausgelegt ist, daß sie die
Eingänge der Spannungswerte V1 und V2 an den Abgriffen der Wicklungen 21 und 22 je
weils des Transformers 19 und die Spannungswerte V3, V4 an den Abgriffen der Wicklun
gen 21, 22 des zugeordneten Transformers 18 erhält. Die algebraische Summiereinrichtung
30 ist mit einem A/D Wandler 30a verbunden die eine Ausgangsleitung 31 hat, die mit einer
elektronischen zentralen Steuereinheit 32 an sich bekannter Art, beispielsweise einem Mik
roprozessor, zur Steuerung der Biegemaschine 1 verbunden ist. Die zentrale Steuereinheit
32 steuert die Betätigungseinrichtung 9, um die Relativbewegung des Oberstempels 2 und
der Matrize 3 zu bestimmen. Insbesondere ist die Leitung 31 mit einem Teil 33 der zentralen
Steuereinheit 32 verbunden. Dieses Teil 33 ermittelt auf der Basis des über die Leitung 31
von der Summiereinrichtung 30 übertragenen Signals Korrekturkoeffizienten. Die Koeffi
zienten werden dann an die zentrale Steuereinheit 32 angelegt, der beispielsweise über
eine geeignete Steuersoftware ebenfalls zugeordnete externe Bearbeitungsparameter P
zugeführt werden (beispielsweise über die Dicke und das Material des Metallbleches 4, ei
nen zu erzielenden Biegewinkel, usw.).
Im Gebrauchszustand wird das Metallblech 4 gebogen, nachdem es zwischen den Ober
stempel 2 und die Matrize 3 eingelegt ist. Der vertiefte Sitz 5 der Matrize 3 hat einen Winkel
α mit einem festen und bekannten Wert an dem Scheitelbereich 16, der ebenfalls einen
festen und bekannten Wert hat. Der Wert des Winkels wird in der zentralen Steuereinheit
32 gespeichert. Dann wird bewirkt, daß sich der Oberstempel 2 und die Matrize 3 einander
entsprechend der Betätigung durch die Einrichtungen 9 über die zentrale Steuereinheit 32
nach Maßgabe des in derselben gespeicherten Programms annähern, wobei das Pro
gramm die Parameter P später verarbeitet. Zugleich wird über jede Wechselstromversor
gungseinrichtung 25 eine Wechselspannung an die Abgriffe der Primärwicklungen 23 jedes
Transformers 18 und 19 angelegt. Wenn der Oberstempel 2 in Kontakt mit dem Metallblech
4 kommt, wird das Blech dadurch verformt, daß es gegen den Sitz 5 gedrückt wird, und es
wird eine Biegung 6 ausgebildet. Während dieses Biegevorganges ist die zentrale Steuer
einheit 32 derart programmiert, daß das Eindringen des Oberstempels 2 in den Sitz 5 an
einer solchen Stelle angehalten wird, daß ein Winkel β zwischen den Teilen 7 und 8 des
Metallblechs 4 gebildet wird, dessen Wert in jedem Fall nicht kleiner als der gewünschte
Wert ist.
Ausgehend von einem ungefalteten Metallblech 4, das einen Winkel β von 180° hat (ebe
nes Metallblech) nimmt dieser Winkel allmählich ab, wenn der Oberstempel 2 in das Metall
blech 4 eindringt und dieses gegen den Sitz 5 drückt, so daß die Biegung 6 zunehmend
tiefer wird. Bei der Biegung 6 bleibt teilweise eine elastische Verformung erhalten, durch
welche die Tiefe der Biegung 6 vermindert wird oder der Winkel β, der zuvor erzielt wurde,
größer wird, wenn die auf das Metallblech 4 einwirkende Einspannung aufgehoben wird.
Nach dem Eindringen steuert die zentrale Steuereinheit 32 eine relative Trennung von O
berstempel 2 und Matrize 3 um einen Wert, der ermöglicht, daß die elastische Rückfede
rung des Metallblechs 4 auftreten kann, mit der die elastische, im Metallblech 4 verbleiben
de Verformung aufgehoben wird. Nach der elastischen Rückfederung nimmt bei dem Me
tallblech 4 der Wert des Winkels β etwas zu und das Metallblech liegt gegen die Flanken 12
insbesondere an den Kanten 11 der Flanken 12 an. Gemäß der Ausführungsform wird bei
der Trennung von Oberstempel 2 und Matrize 3 durch die zentrale Steuereinheit 32 um eine
ausreichende Größe, wobei eine vollständig elastische Rückfederung des Metallblechs 4
möglich ist, die Messung der Vergrößerung des Winkels β vorgenommen.
Gemäß der Ausführungsform wird diese Messung indirekt durch Messen des Abstandes
zwischen den jeweiligen Teilen 7 (oder 8) des Metallbleches 4 an der zugeordneten Flanke
12 des Sitzes 5 an zwei vorbestimmten Stellen, die einen Abstand voneinander auf der
Wandfläche 13 der Flanke 12 haben, vorgenommen. In bevorzugter Weise wird insbeson
dere die erste Stelle so gewählt, daß sie in der Nähe des Scheitelbereiches 16 und an ei
nem Arm des Magnetkerns 24 liegt, auf dem die Wicklung 22 jedes Transformers 18 (oder
19) angebracht ist. Die zweite Stelle ist so gewählt, daß sie in der Nähe der Kante 11 und an
einem Arm des Magnetkerns 24 liegt, an der die Wicklung 21 des jeweiligen Transformers
18 (oder 19) angebracht ist. Die jeweils mit D1, D2, D3 und D4 bezeichneten Abstände wer
den als entsprechende Spannungswerte V1, V2, V3 und V4 an den Abgriffen der Sekun
därwicklungen 21 und 22 der beiden Transformern 18, 19 erfaßt. In Wirklichkeit erzeugen
die Primärwicklungen 23 unter dem Einfluß der Wechselstromquellen 25 ein Magnetfeld,
dessen Kraftlinien sich an den Teilen 7, 8 des Metallbleches 4 schließen, wodurch ein zuge
ordnetes Magnetfeld in den Sekundärwicklungen 21, 22 induziert wird, das seinerseits die
Potentialdifferenz V1, V2, V3 und V4 an den Abgriffen der Sekundärwicklungen erzeugt.
Diese Spannungen sind eine Funktion der Abstände D1, D2, D3 und D4. Da die Windungs
zahl jeder Wicklung 21 (oder 22) festgelegt und konstant ist, haben sie lediglich die Funkti
on, eine Magnetflußverbindung mit den Windungen selbst, die ihrerseits lediglich eine
Funktion des magnetischen Widerstandes des Magnetkreises, der von der jeweiligen Pri
märwicklung, den zugeordneten Sekundärwicklungen, den zugeordneten Teilen 7, 8 des
Metallbleches und dem zugeordneten Luftspalt zwischen diesen und den Sekundärwicklun
gen gebildet wird, der durch die Abstände D1, D2, D3 und D4 bestimmt ist. Je größer diese
Abstände sind, desto größer ist die Magnetflußstreuung und der magnetische Widerstand
des gesamten Magnetkreises. Je kleiner der Magnetfluß, der mit den zugeordneten Sekun
därwicklungen gekoppelt ist, desto kleiner ist folglich die Erzeugung der Spannungen V1,
V2, V3, V4 an diesen. Je kleiner andererseits diese Abstände sind, desto größer sind die
Werte der induzierten Spannungen in den Sekundärwicklungen. Die Werte der Spannun
gen nehmen Maximalwerte an, wenn die Abstände D Null werden.
Sobald das Metallblech 4 von dem Oberstempel 2 freikommt, liest die Summiereinrichtung
30 die Spannungen V1, V2, V3 und V4 und nutzt diese zur Ermittlung des Winkels α1 und
α2, der zwischen dem jeweiligen Teil 7, 8 des Metallblechs und der zugeordneten Flanke
12, gebildet wird. Diese Ermittlung erfolgt auf der Grundlage, daß in dem Bereich der Linea
rität die eingesetzten Transformer jeder Winkel umgekehrt proportional zu der Differenz zwi
schen den Wirkwerten der Spannungen V1 und V2 (und V3 und V4 jeweils) abhängig von
dem Abstand des Teils 7 (oder 8) der Metallbleche von der zugeordneten Flanke 12 der
Matrize 3 ist. Die Spannungssignale, die proportional zu den Signalen α1 und α2 sind, wer
den in digitaler Form durch die A/D Wandler 30a umgewandelt. Dann arbeitet die zentrale
Steuereinheit 32, in der geometrische Parameter und Proportionalitätskonstanten des Sys
tems gebildet von der Matrize 3, den Wandlern 18, 19, dem Metallblech 4 gespeichert sind,
so, daß die Werte von α1 und α2 ermittelt werden und algebraisch die Summe des Wertes
aus dem bekannten und dem zuvor gespeicherten Wert α und den Werten der Winkel α1
und α2 gebildet wird. Schließlich hat die Einheit 32 an ihrem Ausgang den genauen Wert
des erzielten Biegewinkels β. An dieser Stelle verarbeitet und vergleicht die zentrale Steu
ereinheit 32 den Wert des Winkels β mit dem gewünschten Wert, der als einer der Para
meter P vorgegeben wurde. Wenn dieser Vergleich zu einem negativen Ergebnis führt, ver
arbeitet die zentrale Steuereinheit 32 einen Korrekturparameter mit dem Teil 33 und steuert
die Ausführung eines ergänzenden Biegevorganges, um die Biegung 6 um eine Größe in
Abhängigkeit von dem ermittelten Korrekturparameter zu vertiefen und den gewünschten
Wert des Winkels β zu erhalten.
Fig. 2 zeigt eine modifiziertes Ausführungsform der Biegewinkelerfassungsvorrichtung, die
in einer Matrize 3 vorgesehen ist, die einen vertieften Sitz 5 hat, der von zwei geneigten
Seitenwänden 13a, 13a und einer Bodenwand 13b gebildet wird. Der Sitz 5 hat zwei Schei
telbereiche 16, 16 die jeweils die Winkel α3 und α4 haben. Bei diesem Beispiel biegt der
Oberstempel (nicht gezeigt) das Metallblech 4 an drei Teilen 7, 8 und 8a, so daß man zwei
Biegungen 6, 6 unter den entsprechenden Biegewinkeln β1, β2 erstellt werden sollen. Die
Vorrichtung umfaßt drei Differentialtransformer 18, 19 und 20, die jeweils an den Wänden
13a, 13a, 13b des vertieften Sitzes 5 angeordnet sind, der an der Matrize 3 einer Biegema
schine vorgesehen ist. Die Biegewinkel β1 und β2 werden unter Verwendung der Winkel τ1,
τ2 und τ3 ermittelt, die auf dieselbe wie zuvor beschriebene Weise erfaßt werden, und ge
gebenenfalls wird ein ergänzender Biegevorgang ausgeführt, um die erhaltenen Biegungen
6 des Metallbleches 4 auf eine ähnliche wie zuvor beschriebene Weise zu vertiefen.
In Fig. 3 ist eine weitere Form der Biegewinkelerfassungsvorrichtung gezeigt, die aber
pneumatische Meßeinrichtungen 50, 51, 52 und 53 hat, die in dem Oberstempel 2 der Bie
gemaschine vorgesehen sind. Bei diesem Beispiel ist jedes Paar von pneumatischen Meß
einrichtungen auf der jeweiligen, geneigten Wand 10 des Oberstempels 2 an zwei vonein
ander im Abstand liegenden Stellen L1 oder L2 angebracht, wobei ihre Achsen im wesentli
chen senkrecht zu der Wand 10 sind. Die Meßeinrichtungen geben Gasströme zu den Tei
len 7, 8 des Metallblechs 4 ab.
Obgleich bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel pneumatische Meßeinrichtungen als Senso
ren zum Bestimmen der Abstände D1, D2, D3 und D4 eingesetzt werden, können auch
Differentialtransformer in dem Oberstempel verwendet werden, wie dies im Zusammenhang
mit Fig. 1 erläutert wurde.
Die Abstände D1, D2, D3 und D4 an diesen Stellen von der jeweiligen Wandfläche 10 zu
dem Teil 7 oder 8 des Metallblechs 4 werden gemessen.
Die Winkel α1, α2, die von der jeweiligen Wand 10 und dem Teil 7 oder 8 des Metallblechs
4 eingeschlossen werden, erhält man unter Verwendung der folgenden Gleichungen:
α1 = Argustangens (D1 - D2)/L1
α2 = Argustangens (D4 - D3)/L2
Den Biegewinkel β erhält man dann durch Aufsummieren dieser Werte und eines konstan
ten Wertes α des Winkels, der von den beiden Wänden 10 und 10 des Oberstempels 2
gebildet wird. Der Wert α ist im allgemeinen gleich dem Wert des Winkels des Scheitel
punktes 16 des Sitzes 5.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß alle die vorstehend genannten Bear
beitungsschritte bei einem einzigen Biegevorgang vorgenommen werden können. In der
Praxis erfolgt die Messung des Winkels α1 und α2 in Echtzeit, während das Metallblech 4
noch im Sitz 5 und zwischen dem Oberstempel 2 und der Matrize eingespannt ist. Der Ar
beitsschritt der wechselseitigen Trennung von Oberstempel und Matrize vor der Meßbear
beitung ist nur auf das minimal notwendige begrenzt, um zu erreichen, daß sich das Metall
blech 4 zur Aufhebung der elastischen Verformung zurückstellen kann. Wenn man die elas
tische Rückstellung behindern würde, würde dies zu Meßergebnisfehlern führen.
Eine Biegemaschine 1, die mit einer Meßvorrichtung gemäß der Ausführungsformen aus
gestattet ist, kann ein Metallblech mit Genauigkeit im Zuge eines einzigen Biegevorganges
biegen, d. h. es ist keine zweite Positionierung des Metallblechs erforderlich, so daß folglich
sich die Herstellung vereinfacht wird, man eine größere Produktivität erhält und sich die
Herstellungskosten senken lassen.