DE4309012C2 - Verfahren zum Warmsetzen von Schraubfedern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein rechnergestütztes Verfah­ ren zum Warmsetzen von Schraubenfedern, insbeson­ dere Ventilfedern für die Automobil-Industrie.

Die Automobil-Industrie verlangt von den Ventilfe­ dern-Herstellern, daß die Abweichungen von einer vor­ gegebenen Federkennlinie kleiner als 2% sind. Tatsäch­ lich fertigt die Federindustrie jedoch derzeit Schrauben- und Ventilfedern mit Abweichungen bis zu 12% von einer vorgegebenen Federkennlinie, was einen hohen Ausschuß zur Folge hat.

Zum Stand der Technik gehören folgende Warmsetz­ verfahren:

Beim zeitgesteuerten Warmsetzen wird die Feder zu­ nächst auf Blockhöhe gefahren. Dort wird eine festge­ legte Zeit gewartet. Nach dem Ablauf dieser Zeit wird die Feder wieder entspannt. Beim Auffahren der Feder wird bei einer bestimmten Länge eine Prüfkraft ermit­ telt. Ergibt sich dabei, daß die Prüfkraft kleiner als der vorgegebene Sollwert ist, ist die Feder unbrauchbar. Die festgelegte Blockhaltezeit war dann zu lang.

Ein rechnergestütztes Verfahren zum Warmsetzen von Schraubenfedern stellt das kraftabhängige Warm­ setzen dar. Beim kraftabhängigen Warmsetzen wird vom Bediener eine Kraft vorgegeben, die beim Zufah­ ren der Feder auf Blockhöhe, jedoch kurz vorher er­ reicht werden muß. Nachdem die Blockhöhe angefah­ ren wurde und eine vorgegebene Zeit abgelaufen ist, fährt die Presse auf die etwas oberhalb der Blockhöhe liegende Position. An dieser Position wartet sie, bis sich die vom Bediener vorgegebene Referenzkraft einstellt, maximal jedoch eine vorgewählte Zeit. Ist die an dieser Position gemessene Kraft durch das Fließen der war­ men Feder kleiner oder gleich der vorgegebenen Kraft, wird die Feder sofort entspannt und beim Auffahren werden an mehreren Positionen Kräfte gemessen und die Federkonstante der warmen Feder mittels eines Rechners ermittelt.

Das kraftgeregelte Warmsetzen entspricht dem zu­ vor beschriebenen kraftabhängigen Warmsetzen, aller­ dings mit dem Unterschied, daß bereits beim Zufahren der Feder auf Block an mehreren Positionen Kräfte gemessen werden, aus denen dann mittels eines Rech­ ners die Prüfkraft für die Prüfhöhe kurz vor Erreichen der Blockhöhe errechnet wird. Nachdem die Blockhöhe angefahren wurde und die vorgewählte Wartezeit abge­ laufen ist, fährt die Presse auf die Prüfhöhe, wo der Rechner auf die aus den anderen Prüfkräften ermittelte Referenzkraft, maximal jedoch die vorgegebene Zeit wartet. Ist die an dieser Position gemessene Kraft durch das Fließen der warmen Feder kleiner oder gleich der vorgegebenen Kraft, wird die Feder sofort entspannt und beim Auffahren werden an mehreren Positionen Kräfte gemessen und die Federkonstante der warmen Feder mittels des Rechners ermittelt.

Schließlich ist noch das Mehrfachblocken mit Refe­ renzkraft bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Re­ ferenzkraft auf einer Prüfhöhe vorgegeben. Zunächst wird die Feder geblockt. Dann wird die Prüfhöhe ange­ fahren und die Federkraft gemessen. Ist die gemessene Kraft höher als die vorgegebene Kraft, so wird der Blockvorgang bis zu 2mal wiederholt. Ist die Kraft klei­ ner als die vorgegebene, wird die Feder wieder ent­ spannt und kann entnommen werden.

Allen vorbeschriebenen Setzverfahren ist gemein­ sam, daß der Verfahrensablauf vom Bediener abhängig ist der die Blockzeit eingehen muß und auf Änderungen in vorherigen Abläufen reagieren muß. Dies hat zur Folge, daß das Bedienungspersonal versucht, lieber mehr zu starke als zu schwache Federn zu produzieren, da die zu schwachen Federn nicht mehr brauchbar sind. Die zu starken Federn müssen jedoch den Setzvorgang nochmals durchlaufen.

Weitere Nachteile der bekannten Verfahren bestehen darin, daß die Temperatur des Anlaßofens nicht eingeht und die im Durchlauf erfolgenden Kraftmessungen un­ genau sind.

Die Qualität der gesetzten Federn ist daher in hohem Maße von den Fähigkeiten des Bedieners der Setzma­ schine abhängig. Die heute insbesondere für Ventilfe­ dern der Autoindustrie geforderten geringen Abwei­ chungen von einer idealen Federkennlinie können daher mit den bekannten Setzverfahren nur unter Inkaufnah­ me eines hohen Ausschusses erreicht werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Schraubenfedern unter starker Verminderung des sonst üblichen Ausschusses bei hoher, gewünschter Toleranz­ haltigkeit fertigen zu können.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, ein selbst­ lernendes Verfahren zu schaffen, bei dem die Verfah­ rensdaten iterativ aus an den Federn bzw. der Setzma­ schine gemessenen bzw. aufgenommenen Daten ermit­ telt werden. Über einen Sollwert-Abgleich ist dann eine unmittelbare Nachregelung des Warmsetzens möglich.

Im einzelnen wird diese Aufgabe bei einem rechner­ gestützten Verfahren zum Warmsetzen von Schraubfe­ dern auf einer Setzmaschine durch

• A. Eingabe der Solldaten der Setzparameter und/oder für die zu setzenden Federn in den Steue­ rungsrechner,
• B. Vorgabe einer Blockhaltezeit für die erst zu set­ zende Feder einer erstmals produzierten Charge, Aufnahme der Istwerte der Setzparameter und/oder der Federn während des Zu- und/oder Auffah­ rens der ersten Feder der Charge auf bzw. von Blockhöhe,
• C. Berechnung der Blockhaltezeit und/oder der Blockkraft und/oder der Blockhöhe in Abhängig­ keit der Abweichungen der aufgenommenen Ist­ werte zu den eingegebenen Solldaten,
• D. im Falle der Abweichung der aufgenommenen Istwerte von den für die Federn vorgegebenen Solldaten Wiederholung der beiden vorgenannten Verfahrensschritte mit weiteren Federn der Charge unter Berücksichtigung der im Steuerungsrechner gespeicherten Istwerte der vorausgehenden Ist­ wertaufnahmen und errechneten Blockhaltezeiten,
• E. und anschließendes kontinuierliches Setzen der Federn der Charge und Korrigieren von deren Blockhaltezeit und/oder Blockkraft und/oder Blockhöhe in Abhängigkeit der Abweichungen der aufgenommenen Istwerte zu den eingegebenen Solldaten gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch seinen Soll/Istvergleich eine nahezu unmittelbar erfol­ gende Parallel-Verschiebung der Istwerte der Feder in den Bereich der vom Federkonstrukteur vorgegebenen Solldaten. Der Ausschuß wird dadurch in ganz erhebli­ chem Maße reduziert. Da das Warmsetzen zu den Schlußoperationen der nahezu fertiggestellten Feder gehört, ist mit der Ausschußverringerung eine erhebli­ che Kostenersparnis verbunden.

Durch die Eingabe der Solldaten kann der Steue­ rungsrechner die vorgegebenen, gewünschten Daten mit den gemessenen Istwerten, insbesondere der zu set­ zenden Feder vergleichen und in Abhängigkeit von der Abweichung der Istwerte von den Solldaten die Block­ haltezeit und/oder die Blockkraft und/oder die entspre­ chende Blockhöhe errechnen und vorgeben.

Während der Aufnahme der Istwerte der Setzpara­ meter und/oder der Federn während des Zu- und/oder Auffahrens der Feder und dem Vergleich mit den einge­ gebenen Solldaten werden beispielsweise auf Längen- und Materialunterschieden beruhende Abweichungen bemerkt und bei der Blockhaltezeitermittlung berück­ sichtigt. Ein hoher Ausschuß an zu schwachen Federn kann damit vermieden werden. Darüber hinaus können die Federn mit geringen Toleranzen zu den vorgegebe­ nen Solldaten gefertigt werden.

Über eine Eingabeeinheit werden als Solldaten die Solltemperatur des Ofens und/oder die gewünschte Kennlinie der zu setzenden Federn und/oder die Grund­ korrekturwerte der kalten zur warmen Feder und/oder die Federabmessungen in den Steuerungsrechner einge­ geben. Die Eingabe des Setzparameters "Ofentempera­ tur" ermöglicht dem Steuerungsrechner auf temperatur­ bedingte Änderungen zu reagieren. Durch die Eingabe der Grundkorrekturwerte können temperaturbedingte Unterschiede des Kennlinienverlaufs der zu setzenden Federn berücksichtigt werden. Die Eingabe der Feder­ abmessung ermöglicht das Setzen unterschiedlichster Federn auf einer Setzmaschine.

Bei der Eingabe der Solldaten kann eine Toleranz der Istwerte zu den Istdaten vorgegeben werden, um Fe­ dern in gewünschten Toleranzgrenzen fertigen zu kön­ nen. Insbesondere die Fertigungsgeschwindigkeit von Federn mit hohen Toleranzen läßt sich hierdurch be­ trächtlich steigern.

Auf der Basis der eingegebenen Solldaten kann der Steuerungsrechner auch die optimale Verfahrensge­ schwindigkeit ermitteln, um zu vermeiden, daß in Be­ schleunigungs- bzw. Bremsphasen Istwerte der zu set­ zenden Feder, insbesondere deren Kräfte, aufgenom­ men werden.

Die Solldaten können jedoch nicht nur über eine Ein­ gabeeinheit in den Steuerungsrechner eingegeben wer­ den, sondern auch dadurch, daß die beim Zufahren einer Masterfeder aufgenommenen Daten als Eingabedaten für die zu setzenden Federn in den Steuerungsrechner eingelesen werden. Fehlen von einer idealen Feder die Solldaten bietet dieses Verfahren die Möglichkeit, gleichwohl eine Serie von Federn mit den aufgenomme­ nen Federdaten zu setzen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Blockhaltezeit und/oder die Blockkraft und/oder die Blockhöhe jeweils nach dem Zufahren der Feder auf Blockhöhe vom Steuerungsrechner errechnet. Diese Vorgehensweise bietet den Vorteil, daß zunächst beim Zufahren der Feder auf Blockhöhe die Istwerte der Fe­ der aufgenommen werden und beim anschließenden Auffahren die infolge des Setzens eingetretene Verän­ derung der Istwerte kontrolliert werden kann.

Eine Neuberechnung der eingegebenen Grundkor­ rekturwerte und anschließende Berücksichtigung des korrigierten Wertes läßt sich dadurch erzielen, daß die Feder nach dem Warmsetzen abgekühlt wird, die Ist­ werte der abgekühlten Feder aufgenommen und die Grundkorrekturwerte auf der Basis der aufgenomme­ nen Istwerte berechnet und aktualisiert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung durchlaufen die ersten Federn der Charge vor dem kontinuierlichen Setzen die Verfahrensschritte Warmsetzen, Abkühlen, Aufnahme der Istwerte der abgekühlten Feder, Berech­ nen und Aktualisieren der Grundkorrekturwerte. Nach etwa 3 bis 4 solcher Abläufe ist dann der beste Verfah­ rensablauf errechnet. Eine weitere Überprüfung ist nicht mehr erforderlich; die übrigen Federn der Charge können nunmehr kontinuierlich gesetzt werden. Gleich­ wohl besteht die Möglichkeit, auch während des konti­ nuierlichen Setzens in vorwählbaren Abständen die Ist­ werte der kalten Federn aufzunehmen, um beispielswei­ se Störungen im Verfahrensablauf rechtzeitig fest­ stellen zu können.

Die vom Steuerungsrechner errechneten Verfahrens­ daten wie die Blockhaltezeit und/oder Blockkraft und/oder Blockhöhe und die Verfahrensgeschwindigkeit werden im Zusammenhang mit den dazugehörigen Soll­ daten und Istwerten abgespeichert. Sollen zu einem spä­ teren Zeitpunkt Federn mit gleichen oder ähnlichen Solldaten bei vergleichbaren Istwerten hergestellt wer­ den, greift der Steuerungsrechner auf die abgespeicher­ ten Verfahrensdaten zurück und bestimmt, ausgehend von diesen, die Blockhaltezeit für die aktuelle, zu setzen­ de Feder. Der Speichervorgang, der nur durch die Ka­ pazität des Massenspeichers des Steuerungsrechners begrenzt ist, führt dazu, daß eine nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren betriebene Setzmaschine mit zu­ nehmendem Datenbestand sich immer schneller an wechselnde, zu setzende Federn anpassen kann. Sollen gleiche Federserien gesetzt werden, können die gespei­ cherten Verfahrensdaten auch vom Bediener generiert werden.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Beispieles näher erläutert.

Vor dem Setzen von Federn einer Charge auf einer Setzmaschine gibt der Bediener die Solldaten, d. h. die Federkennlinie, die Grundkorrekturwerte des Kennli­ nienverlaufs der kalten zur warmen Feder, die Solltem­ peratur des Ofens und die Abmessungen der Feder ein. Anhand der vorgegebenen Daten errechnet sich der Steuerungsrechner die optimale Verfahrensgeschwin­ digkeit für das Setzen der Feder. Vom Bediener oder der Steuerung wird eine kleine Blockhaltezeit vorgege­ ben.

Nun wird eine erste Feder der Charge zum Setzen in die Setzmaschine eingesetzt und deren Federkennlinie beim Zufahren der Feder auf Blockhöhe gemessen. Die Feder wird dem Prozeß entnommen, abgekühlt und er­ neut ausgemessen (Aufnahme der Kennlinie der kalten Feder). Aus den eingegebenen Grundkorrekturwerten der kalten zur warmen Feder und aus den nunmehr tatsächlich ermittelten Grundkorrekturwerten errech­ net der Steuerungsrechner die Grundkorrekturwerte neu und speichert sie ab.

Die dabei gemessenen Daten werden in den Rechner eingelesen. Anhand der gemessenen und der eingegebe­ nen Solldaten errechnet der Steuerungsrechner die Blockhaltezeit, mit der die zu setzende Feder auf Block­ höhe gehalten werden muß, um die Federkraft der zu setzenden Feder den vorgegebenen Werten anzunä­ hern. Anschließend wird eine zweite Feder mit 90% der errechneten Blockhaltezeit gesetzt und das Ergebnis durch Aufnahme der Kennlinie der kalten Feder erneut überprüft.

Soweit erforderlich wird die Berechnung korrigiert Danach kann zum kontinuierlichen Setzen der Fe­ dern der Charge übergegangen werden.

Da der Rechner sämtliche zuvor aufgenommenen Ist­ werte sowie die daraus errechneten Blockhaltezeiten speichert, kann iterarativ durch mehrmaliges Durchlau­ fen der vorgenannten Schritte die ideale Blockhaltezeit errechnet werden.

Nachdem die ersten beiden Federn den Ablauf aus Warmsetzen, Abkühlen und Berechnen und Aktualisie­ ren der Grundkorrekturwerte durchlaufen haben, sind in der Regel die optimalen Verfahrensdaten für den nachfolgend kontinuierlich ablaufenden Setzprozeß er­ rechnet. Mit diesen Daten erfolgt dann ein kontinuierli­ ches Setzen der übrigen Federn der Charge, ohne weite­ re Überprüfung der Federkennlinien der abgekühlten Federn.

Im Ergebnis führt das rechnergestützte Verfahren zum Warmsetzen von Schraubenfedern zu einer aktiven Ausschußminimierung und Einhaltung enger Toleran­ zen bei der Federherstellung und damit zur Senkung der Produktionskosten.

Claims (12)

1. Rechnergestütztes Verfahren zum Warmsetzen von Schraubenfedern, insbesondere Ventilfedern, gekennzeichnet durch

• A. Eingabe der Solldaten der Setzparameter und/oder für die zu setzenden Federn in den Steuerungsrechner,
• B. Vorgabe einer Blockhaltezeit für die erste zu setzende Feder einer erstmals produzierten Charge, Aufnahme der Istwerte der Setzpara­ meter und/oder der Federn während des Zu- und/oder Auffahrens der ersten Feder der Charge auf bzw. von Blockhöhe,
• C. Berechnung der Blockhaltezeit und/oder der Blockkraft und /oder der Blockhöhe in Ab­ hängigkeit der Abweichungen der aufgenom­ men Istwerte zu den eingegebenen Solldaten,
• D. im Falle der Abweichung der aufgenomme­ nen Istwerte von den für die Federn vorgege­ benen Solldaten Wiederholung der beiden vorgenannten Verfahrensschritte mit weiteren Federn der Charge unter Berücksichtigung der im Steuerungsrechner gespeicherten Istwerte der vorausgehenden Istwertaufnahmen und errechneten Blockhaltezeiten,
• E. und anschließendes kontinuierliches Setzen der Federn der Charge und Korrigieren von deren Blockhaltezeit und/oder Blockkraft und/oder Blockhöhe in Abhängigkeit der Ab­ weichungen der aufgenommenen Istwerte zu den eingegebenen Solldaten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Solltemperatur des Ofens und/oder die gewünschte Kennlinie der zu setzenden Federn und/oder die Grundkorrekturwerte der kalten zur warmen Feder und/oder die Federab­ messungen als Solldaten in den Steuerungsrechner eingegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei der Eingabe eine Toleranz der Istwerte von den Solldaten vorgegeben werden kann.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, da­ durch gekennzeichnet, daß auf der Basis der einge­ gebenen Solldaten die optimale Verfahrensge­ schwindigkeit ermittelt und beim Setzen gefahren wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, da­ durch gekennzeichnet daß die beim Zufahren einer Masterfeder aufgenommenen Daten als Eingabe­ daten für die zu setzenden Federn verwendet wer­ den.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Blockhaltezeit je­ weils nach dem Zufahren der Feder auf Blockhöhe vom Steuerungsrechner errechnet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Federn nach dem Warmsetzen abgekühlt werden, die Istwerte der abgekühlten Federn aufgenommen und die Grund­ korrekturwerte auf der Basis der aufgenommenen Istwerte berechnet und aktualisiert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten 2-4 Federn nach dem Warmsetzen abgekühlt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Istwerte der kalten Federn während des kontinuierlichen Setzens in vorwählbaren Abständen aufgenommen werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, ge­ kennzeichnet durch die Abspeicherung der vom Steuerungsrechner errechneten Verfahrensdaten, wie Blockhaltezeit und/oder Blockkraft und/oder Blockhöhe und/oder Verfahrensgeschwindigkeit, im Zusammenhang mit den Solldaten und Istwer­ ten.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steuerungsrechner auf die abge­ speicherten Verfahrensdaten bei der Herstellung von Federn mit gleichen oder ähnlichen Solldaten und Istwerten zurückgreift.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gespeicherten Verfahrensdaten generiert werden können.