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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Hubs
einer Abkantpresse, umfassend eine feste Wange, die eine Matrize
trägt, eine
bewegliche Wange, die einen Stempel trägt, Mittel zur Bewegung der
beweglichen Wange, wobei sich die Bewegungsmittel auf Pfosten stützen, die
mit der festen Wange fest verbunden sind, Messlineale zur Messung
der Bewegung (d) der beweglichen Wange in Bezug auf die Pfosten,
mindestens einen Fühler,
der einen physikalischen Parameter (p) misst, der in Abhängigkeit
von der Kraft schwankt, die vom Stempel auf ein Werkstück mit einer
Nenndicke (e) ausgeübt
wird, das zu einem Sollwinkel αc gebogen werden soll und auf der Matrize
angeordnet ist, und eine elektronische Steuervorrichtung, welche
die Bewegung der beweglichen Wange zwischen einem oberen Totpunkt
und einem unteren Totpunkt (BDC) steuert und versehen ist mit Mitteln
zur Erfassung der Messwerte der Bewegung (d) und des physikalischen
Parameters (p) und mit Berechnungsmitteln zur Korrektur des Wertes
des unteren Totpunkts in Abhängigkeit
von den Messwerten der Bewegung (d) und des physikalischen Parameters
(p).
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Das
Patent
CH 686119 des
Anmelders beschreibt eine Abkantpresse dieses Typs. Beim Biegen
eines Blechs ruft die Kraft, die unter der Einwirkung der Schubkraft
der Zylinder auf die Pfosten einer Presse ausgeübt wird, eine Biegung der Pfosten hervor,
die sich durch eine Verformung des Rahmens bis zu 1–2 mm äußern kann.
Diese Biegung verändert
die Eindringtiefe des Stempels in die Matrize, was einen Fehler
des Biegewinkels hervorruft, der in dem zu biegenden Werkstück erzielt
wird. In dem Regelungsverfahren nach
CH
686119 bestimmt man mit Hilfe von Druckfühlern die Kraft,
die unter der Einwirkung der Mittel zur Bewegung der beweglichen
Wange auf jeden der Pfosten ausgeübt wird, man vergleicht jeden
der erzielten Werte mit einem vorbestimmten Diagramm, das die Beziehung
zwischen der auf den jeweiligen Posten ausgeübten Kraft und der Biegung
des Pfostens herstellt, und man vergrößert den Hub des Schiebers,
so dass die Verformungen der Presse kompensiert werden.
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Ein
anderer Parameter, der geeignet ist, einen Fehler des Biegewinkels
zu erzeugen, ist die Schwankung der Dicke des behandelten Blechs.
Die Nenndicke des Werkstücks
ist einer der Parameter, die bei der Erstregelung des Hubs in die
Steuerelektronik der Abkantpresse eingeführt werden.
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Damit
der reale Wert αr des Biegewinkels nicht vom Sollwert αc abweicht,
muss die reale Dicke er des Blechs bei jedem
Biegevorrang berücksichtigt werden.
Die Hersteller von Stahlblechen liefern nämlich Bleche, deren reale Dicke
Schwankungen aufweist, die bis zu ±10% des Nennwerts (e) der
Dicke gehen können.
Wenn ein Blech mit einer Nenndicke von 2 mm zum Beispiel in einer
V-förmigen Öffnung von
12 mm auf 90° gebogen
werden soll, führt
eine Schwankung der Dicke von 10%, wenn sie nicht korrigiert wird,
zu einer Schwankung des Biegewinkels von 2°; ohne entsprechende Korrektur
könnte
der Biegewinkel zwischen 88° und
92° schwanken.
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Die
Patentanmeldung
JP 02030327 schlägt vor,
die reale Dicke des zu biegenden Werkstücks durch die gleichzeitige
Ermittlung der Erhöhung
des hydraulischen Drucks durch einen ersten Fühler und der Position des Stempels
durch einen zweiten Fühler
zu bestimmen.
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Die
Patentanmeldungen JP 051138254, JP 10052800 und JP 09136116 schlagen
vor, die Dicke des zu biegenden Werkstücks zu bestimmen, indem eine
Veränderung
der Senkungsgeschwindigkeit der beweglichen Wange ermittelt wird,
die zu dem Zeitpunkt eintritt, in dem der Stempel in Kontakt mit
diesem Werkstück
tritt.
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Das
Patent
US 4,550,586 schlägt vor,
die Dicke des zu biegenden Werkstücks zu bestimmen, indem der
Verlust des Kontakts dieses Werkstücks mit Fühlern ermittelt wird, die an
der Oberfläche
der festen Wange angeordnet sind, wobei der Kontaktverlust auf den
Beginn des Biegeprozesses folgt.
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Ein
anderes Problem, das sich bei einem Biegeprozess stellt, ist die
Kompensation der Federkraft, d.h. die Rückfederung des gebogenen Werkstücks zu einem
etwas kleineren Biegewinkel, wenn der Druck des Stempels aufgehoben
wird. Auf Grund dieser Federkraft muss der maximale Wert des momentanen
Biegewinkels unter Belastung αmax etwas größer sein als der Sollwert αc des
gewünschten
Biegewinkels nach dem Loslassen des gebogenen Werkstücks. Im
Stand der Technik ist es bekannt, empirisch eine mittlere Differenz
(αmax – αc)
zu bestimmen und die entsprechende Korrektur des Hubs auf konstante
Weise im Lauf einer Serie von wiederholten Biegevorgängen anzuwenden.
Diese Art von Verfahren berücksichtigt
jedoch nicht die Schwankung des zu behandelnden Materials, insbesondere
die Schwankungen der Dicke des Blechs und seines Elastizitätsmoduls,
das in Abhängigkeit
von der Walzrichtung variieren kann. Die Schwankungen dieser Parameter
verändern
die Amplitude der Federkraft von einem Werkstück zum anderen, so dass eine
konstante Korrektur nicht ausreichend ist.
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Um
den Schwankungen dieser Parameter Rechnung zu tragen, schlägt das Patent
US 4,408,471 vor, die Schwankung
der Kraft aufzuzeichnen, die vom Stempel auf das Werkstück in Abhängigkeit
von seiner Bewegung ausgeübt
wird, das Elastizitätsmodul
des Werkstücks
von der Neigung des anfänglichen
geradlinigen Abschnitts der Kurve Kraft/Bewegung abzuziehen und
auf der Grundlage eines Modells vom Verhalten des Werkstücks im Bereich
der plastischen Verformung durch Extrapolation dieser Kurve den
Punkt der maximalen Bewegung des Stempels abzuleiten, der nach der
Rückfederung einen
Biegewinkel hervorruft, der den Sollwert α
c aufweist.
Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, das reale Elastizitätsmodul
des gerade gebogenen Werkstücks
zu berücksichtigen.
Allerdings ist je nach dem Wert des Sollwinkels das zur Berechnung
der maximalen Bewegung des Stempels anzuwendende Modell nicht das
gleiche. Die Richtigkeit der Korrektur des unteren Totpunkts hängt daher
von der Angemessenheit des gewählten
Modells als Näherung des
Verhaltens des realen Werkstücks
ab.
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Das
Patent
US 4,511,976 beschreibt
ein Verfahren, in dem eine elektronische Steuervorrichtung folgendes
registriert:
Die Schwankung des Winkels θ zwischen dem Blech und der
Oberseite der Matrize, der durch einen Positionssensor gemessen
wird, der die Verformung des Blechs verfolgt und an der festen Wange
angeordnet ist, und die Schwankung des Auflagedrucks des Stempels.
Der anfängliche
lineare Teil der Kurve F/θ ermöglicht es,
das Elastizitätsmodul
der Probe zu berechnen, wobei die Steuervorrichtung durch Extrapolation
der Kurve im Bereich der plastischen Verformung den maximalen Biegewinkel
berechnet, der erforderlich ist, um den Sollwert des Biegewinkels
in Abwesenheit von Belastung zu erzielen. Die Erfahrung zeigt jedoch,
dass die Messung des Winkels d wenig präzise und wenig zuverlässig ist,
da sich die herkömmlicherweise
für diese
Art von Messung verwendeten Sensoren allmählich verstellen und für jede Matrize
neu geeicht werden müssen.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Regelung
des Hubs einer Abkantpresse zu schaffen, das der Rückfederung
des Werkstücks
Rechnung trägt,
ohne die Mängel
der früheren Verfahren
aufzuweisen.
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Dieses
Ziel wird durch ein Verfahren von dem eingangs definierten Typ erreicht,
wobei die Dickendifferenz zwischen der realen Dicke (er)
des Werkstücks
und der Nenndicke (e) des Werkstücks berechnet
wird, indem die reale Position der Bewegung des Stempels, in der
es zu einer vorbestimmten Veränderung Δp des physikalischen
Parameters (p) kommt, mit der theoretischen Position der genannten Bewegung
verglichen wird, in der es zu dieser Veränderung Δp kommen sollte, wobei die elektronische Steuervorrichtung
die Messwerte der Bewegung (d) und des physikalischen Parameters
(p) während
der Phase der plastischen Verformung des gerade gebogenen Werkstücks verarbeitet,
um sie zu vergleichen und ihre Abweichungen von Daten zu bestimmen,
die bei einem Referenzbiegevorgang aufgezeichnet wurden, der es
ermöglichte,
den Sollwert αc des Biegewinkels nach dem Aufheben der
durch den Stempel ausgeübten
Kraft zu erhalten und einen Referenzwert für die Korrektur der Federkraft
zu bestimmen, und wobei die elektronische Steuervorrichtung in Abhängigkeit
von der Referenzkorrektur der Federkraft und den Abweichungen zu
den Daten der Referenzaufzeichnung eine Korrektur des unteren Totpunkts berechnet.
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Insbesondere
wird gemäß der Erfindung
der Vergleich mit der Referenzaufzeichnung ausgeführt, indem
der momentane Biegewinkel α des
Werkstücks
unter Belastung in Abhängigkeit
von der Veränderung
der Bewegung (d) berechnet wird, die der Veränderung Δp des physikalischen Parameters folgt,
wobei die Dickendifferenz (er – e) und
die geometrischen Parameter des Stempels und der Matrize berücksichtigt
werden. Der Auflagedruck (F) des Stempels auf dem Werkstück wird
mit Hilfe des Werts des physikalischen Parameters (p) berechnet,
es wird die Aufeinanderfolge der Werte des Paares momentaner Biegewinkel/Auflagedruck
(α, F) erfasst und
mit einer Referenzkurve (α,
F)ref verglichen, die bei einem Referenzbiegevorgang
voraufgezeichnet wurde, der es ermöglichte, den Sollwert αc des
Biegewinkels nach dem Aufheben der durch den Stempel ausgeübten Kraft
zu erhalten, und die elektronische Steuervorrichtung berechnet in
Abhängigkeit
von der Abweichung zwischen den Paaren (α, F) und der Referenzkurve (α, F)ref eine Korrektur des unteren Totpunkts.
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Die
für die
Bewegung (d) und den physikalischen Parameter (p) repräsentativen
Signale werden gemessen, digitalisiert und als Serien punktueller Werte
zweier Parameter (p, d) oder (α,
F) erfasst. Um das Verständnis
der Beschreibung der Erfindung zu erleichtern, werden sie in der
Folge jedoch gemäß den herkömmlichen
Methoden der analytischen Geometrie in Form kontinuierlicher Kurven
graphisch dargestellt. Der Fachmann wird leicht verstehen, dass der Ausdruck „Referenzkurve" hier der sprachlichen Einfachheit
halber verwendet wird, um eine Aufeinanderfolge von Werten von Parametern
zu bezeichnen, die in digitalisierter Form aufgezeichnet sind. Die
digitalen Berechnungsmethoden, die der graphischen Bestimmung der
Abweichung zwischen zwei Kurven entsprechen, die in einem System
von Koordinatenachsen gezeichnet sind, sind dem Fachmann ebenfalls
ausreichend vertraut, so dass es nicht notwendig ist, hier daran
zu erinnern.
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Indem
als aufgezeichnete Parameter zur Berechnung der Korrekturen die
Bewegung der beweglichen Wange und ein Parameter verwendet werden, der
direkt den Auflagedruck des Stempels auf dem Werkstück repräsentiert,
vermeidet das erfindungsgemäße Verfahren
die Verwendung von wenig zuverlässigen
Winkelmessvorrichtungen.
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Indem
als Daten zur Ausführung
der Korrektur des unteren Totpunkts eine vorherige Aufzeichnung
der Biegung einer realen Probe des gleichen Werkstücks verwendet
wird, vermeidet das erfindungsgemäße Verfahren Fehler, die auf
die Verwendung von unangemessenen theoretischen Modellen zurückzuführen sind.
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Vorzugsweise
wird beim Vergleich der Auflagedrücke (F) die reale Länge berücksichtigt,
auf der das Werkstück
gebogen wird.
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Da
es die gleichzeitigen Messungen der Bewegung der beweglichen Wange
und der Veränderung
des physikalischen Parameters (p) ermöglichen, die Differenz zwischen
der realen Dicke des gerade gebogenen Werkstücks und dem Nennwert dieser
Dicke zu bestimmen, führt
die Steuervorrichtung vorzugsweise eine zweite Korrektur des unteren Totpunkts
aus, bei der die auf diese Weise bestimmte Dickendifferenz berücksichtigt
wird.
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Gemäß einer
Ausführungsvariante
dieser zweiten Korrektur wird, um deren Genauigkeit zu verbessern,
die Geschwindigkeit der Bewegung auf eine Messwerterfassungsgeschwindigkeit
(vam) reduziert, die kleiner ist als die vorbestimmte Biegegeschwindigkeit
(VP), wenn sich der Stempel in einer vorbestimmten Entfernung von
der theoretischen Höhe
des Einklemmens des Blechs befindet, wobei diese Entfernung größer ist
als die Dickentoleranz Δe für die Herstellung
des Blechs, und die Bewegungsgeschwindigkeit wird neuerlich bis
auf die Biegegeschwindigkeit erhöht,
nachdem die vorbestimmte Änderung Δp des physikalischen
Parameters (p) nachgewiesen wurde.
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Schließlich ermöglicht es
die Veränderung des
physikalischen Parameters (p), die mechanischen Beanspruchungen,
denen der Rahmen der Presse unterworfen ist, und somit seine Verformung zu
bestimmen, und zwar auf der Grundlage von Daten, die sich auf das
Werkzeug selbst beziehen und im Speicher abgelegt sind. Diese Messung
der Beanspruchungen kann verwendet werden, um eine dritte Korrektur
zu berechnen, die repräsentativ
für die
Verformung der Presse selbst unter der Einwirkung dieser Beanspruchungen
ist.
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Weitere
Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus
der untenstehenden Beschreibung einer Ausführungsform ersichtlich, in der
auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, wobei:
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1 eine
schematische Ansicht ist, welche die Auswirkung einer Dickenschwankung
eines Blechs auf den Kontaktpunkt Stempel-Blech illustriert;
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2 eine
schematische Vorderansicht einer Abkantpresse ist, die mit Druckfühlern und
einer elektronischen Steuervorrichtung ausgestattet ist;
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3 zwei
Kurven zeigt, die gleichzeitig die Senkung des Stempels und die
Veränderung
des Parameters (p) in Abhängigkeit
von der Bewegung dieses Stempels illustrieren;
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4 zwei
Kurven zeigt, welche die Veränderung
des Auflagedrucks F des Stempels in Abhängigkeit vom Biegewinkel in
einem System von Koordinatenachsen (α, F) darstellen;
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5 eine
Teilansicht zweier Kurven ist, welche die Veränderung des Auflagedrucks des
Stempels in Abhängigkeit
vom Biegewinkel in einem System von Koordinatenachsen (α, F) darstellen.
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Die
in 2 dargestellte Abkantpresse umfasst eine bewegliche
Wange 1, die einen Stempel 2 trägt, und
eine feste Wange 3, die eine Matrize 4 trägt. Die
Bewegung der beweglichen Wange erfolgt mit Hilfe von zwei hydraulischen
Zylindern 5, 5',
die auf zwei jeweiligen Pfosten 6, 6' montiert sind,
die fest mit der Unterwange verbunden sind. Die Maschine ist mit
zwei Messlinealen 9 und 9' ausgestattet, die an jeder ihrer
Seiten in der Biegeachse angeordnet sind und es ermöglichen,
die Bewegung der beweglichen Wange in Bezug auf die jeweiligen Pfosten 6 und 6' zu messen.
Die Biegebewegung wird durch eine elektronische Steuervorrichtung 7 gesteuert. Zwei
Druckfühler 8 und 8' sind an den
Zylindern 5 bzw. 5' montiert,
um den Druck am oberen Teil von jedem von ihnen zu ermitteln. Die
elektronische Steuervorrichtung ist so ausgebildet, dass sie die
jeweils aus den beiden Druckfühlern
kommenden Signale a1 und a2 verarbeitet und auch zwei Signale b1
und b2 verarbeitet, die von den Messlinealen 9 und 9' kommen und
repräsentativ
für die
Bewegungen der beweglichen Wange in Bezug auf jeden der Pfosten 6 und 6' sind. Als Messwert
der Bewegung (d) kann der Mittelwert der Signale b1 und b2 verwendet
werden, und als Messwert des Parameters (p) kann der Mittelwert
der Signale a1 und a2 verwendet werden. Der größeren Genauigkeit halber ist
es jedoch vorzuziehen, die Signale b1 und a1 einerseits und die
Signale b2 und a2 andererseits getrennt zu verarbeiten, insbesondere
um eventuellen Homogenitätsmängeln des
zu biegenden Werkstücks
Rechnung zu tragen und um Korrekturberechnungen und Hubkompensationen
der beweglichen Wange im Bereich des linken Pfostens und des rechten
Pfostens getrennt auszuführen.
Der Fachmann wird leicht verstehen, dass die folgende Beschreibung
beides illustriert, nämlich
sowohl die Berechnungen und Hubkompensationen für jeden der zwei Pfosten getrennt
betrachtet, wobei die jeweiligen Signale Gegenstand getrennter Berechnungen
sind, als auch die Berechnungen und Kompensationen für Signale,
bei denen ein Mittelwert zwischen dem linken Pfosten und dem rechten
Pfosten gebildet wurde.
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Während der
Senkung der beweglichen Wange, solange der Stempel nicht in Kontakt
mit dem zu biegenden Blech gekommen ist, ist der Auflagedruck null.
Er kann durch den Druck (p) dargestellt werden, der durch die Fühler 8, 8' gemessen wird und
der einen Ausgangswert darstellt, der gemessen und durch Berechnung
auf null gestellt werden kann. Nach dem Inkontakttreten des Stempels
mit dem Blech ist die Veränderung
des Auflagedrucks während
der elastischen Verformung des Blechs linear. Die Neigung des linearen
Teils der Kurve p/d oder der Kurve F/α, die man durch mathematische
Umwandlung davon ableitet, ermöglicht
es, das Elastizitätsmodul
zu berechnen. Die Position der beweglichen Wange, welcher der Beginn
der Veränderung
des physikalischen Parameters (p) entspricht, ermöglicht es,
die reale Dicke er des Blechs zu berechnen. Um diese reale Dicke
auf genauere Weise zu ermitteln, kann die Senkung der Wange durch
die elektronische Steuervorrichtung gemäß einer Variante gesteuert werden,
die unten dargelegt und durch 3 illustriert
ist.
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3 zeigt
auf demselben Diagramm einerseits die Senkungsgeschwindigkeit V
der beweglichen Wange, die vorprogrammiert ist, und gleichzeitig
die Veränderung
des hydraulischen Drucks P, gemessen im Bereich der Druckfühler 8, 8', in Abhängigkeit
von der Bewegung (d). Die Senkung erfolgt in einer ersten Zeit mit
einer hohen Näherungsgeschwindigkeit
V1, bis eine vorbestimmte Distanz in Bezug auf die Höhe erreicht
ist, in welcher der Stempel theoretisch das Blech festklemmt, genannt
Sicherheitsdistanz ds. Zu diesem Zeitpunkt wird die Geschwindigkeit
verringert, zum Beispiel bis auf eine Geschwindigkeit nahe der Biegegeschwindigkeit
VP, wobei die Letztgenannte durch die Zusammensetzung und die Nenndicke des
Blechs sowie durch die Merkmale der gewünschten Biegung, dem Biegewinkel
und dem Werkzeugprofil vorgegeben wird. Diese Geschwindigkeit kann
typischerweise in der Größenordnung
von 10 mm/s liegen. Wenn die Nenndicke des Blechs mit e und die
Toleranz bei der Dicke mit Δe
bezeichnet wird, so liegt die reale Dicke er des Blechs
im Intervall e ± Δe. Wenn sich
der Stempel in einer Distanz von der theoretischen Klemmhöhe, genannt
Messwerterfassungsdistanz dam, befindet, die etwas größer als Δe ist, wird
die Senkungsgeschwindigkeit auf eine Messwerterfassungsgeschwindigkeit vam
reduziert, welche die Größenordnung
von 1/2 bis 1/10 der Biegegeschwindigkeit VP aufweist, d.h. typischerweise
1 mm/s–5
mm/s.
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Während der
gesamten Senkung messen die Druckfühler 8 und 8' den hydraulischen
Druck P im Bereich jedes Zylinders 5 und 5', und die Steuervorrichtung 7 registriert
und verarbeitet ihn. Die Druckveränderung ist (in willkürlichen
Einheiten) in 3 dargestellt. Die Reduktion
der Senkungsgeschwindigkeit der beweglichen Wange von der Näherungsgeschwindigkeit
V1 auf die Biegegeschwindigkeit VP geht mit einer leichten gleichzeitigen
Erhöhung
des Drucks dp1 einher, die nicht signifikant ist, was die Biegung
betrifft. Der während
der Senkungsphase mit der Biegegeschwindigkeit und vor dem Inkontakttreten
mit dem Blech erreichte Druckwert pr wird als Referenzwert für diesen
Parameter betrachtet. Ein Messzyklus der Einheit Fühler + elektronische
Steuervorrichtung dauert etwa 10 ms:
Auf diese Weise wird alle
0,1 mm eine Druckmessung ausgeführt,
während
sich die Wange mit einer Biegegeschwindigkeit VP in der Größenordnung
von 10 mm/s senkt; wenn die Senkungsgeschwindigkeit auf eine Messwerterfassungsgeschwindigkeit
vam von 1 mm/s reduziert wird, wird alle 0,01 mm eine Druckmessung
ausgeführt.
Die Vorrichtung ist daher in der Lage, auf sehr präzise Weise
den Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem der Druck P neuerlich um einen Betrag Δp ansteigt,
der repräsentativ
für das
Inkontakttreten des Stempels mit der Oberseite des Blechs ist. Man
kann einen Wert Δp
in der Größenordnung von
1 Bar wählen.
Dieses Inkontakttreten kann an jedem beliebigen Punkt geschehen,
der zwischen den Punkten angeordnet ist, die repräsentativ
für Bleche mit
einer Dicke e + Δe
bzw. e – Δe sind. Der
Vergleich der Höhe
des Inkontakttretens mit der theoretischen Klemmhöhe bestimmt
die Differenz zwischen der realen und nominalen Dicke des Blechs,
und die Steuervorrichtung 7 berechnet unverzüglich einen
unteren Totpunkt.
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Sobald
die Höhe
des realen Punkts des Inkontakttretens des Stempels mit dem Blech
erfasst ist, kann die Senkung der beweglichen Wange mit der Biegegeschwindigkeit
VP fortgesetzt werden.
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Nach
dem Inkontakttreten steigt der im Bereich der Fühler 8, 8' gemessene Druck
fast linear, bis er einen Wert PP, den Biegedruck, erreicht, der
einen Wert in der Größenordnung
von 300 Bar erreichen kann; darüber
kommt es zur plastischen Verformung des Werkstücks, die Kurve (d, P) neigt
sich nach unten, und der Druck P sinkt leicht und linear. Der Wert
des Drucks in dieser Phase der plastischen Verformung bestimmt die
Verformung der Pfosten und anderen festen Teile der Presse. Die
elektronische Steuervorrichtung 7 vergleicht den Wert des Drucks
während
der plastischen Verformung mit einer für diese Abkantpresse spezifischen,
im Speicher verzeichneten Rechentafel, welche die Beziehung zwischen
diesem Wert, der Verformung der festen Teile der Presse und dem
Eindringfehler des Stempels, der bei fehlender Korrektur daraus
entstehen würde,
herstellt. Der Hub des Stempels, d.h. die Position des unteren Totpunkts
(BDC) wird in der Folge korrigiert.
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Ausgehend
von den Messwerten der Bewegung d und den gleichzeitigen Werten
des Parameters p und unter Berücksichtigung
der gespeicherten geometrischen Daten des Werkzeugs, d.h. des Stempels
und der Matrize, sowie des Werts der realen Dicke des Blechs, die
zu Beginn des Biegeprozesses bestimmt wurde, berechnet die elektronische Steuervorrichtung
die aufeinanderfolgenden Werte (α,
F) des momentanen Biegewinkels und des Auflagedrucks. Diese Umwandlung
kann mit Hilfe der untenstehenden mathematischen Beziehungen erfolgen,
in denen unter Bezugnahme auf 1
- V1
- die Öffnung der
Matrize bezeichnet
- Am
- den Winkel der Matrize
bezeichnet
- Rm
- den Krümmungsradius
der Matrize bezeichnet
- Rp
- den Radius des Stempels
bezeichnet
- er
- die reale Dicke des
zu biegenden Werkstücks bezeichnet
- d0
- die Bewegung der Wange
zum Zeitpunkt des Inkontakttretens des Stempels mit dem Werkstück bezeichnet
- P
- das Eindringen des
Stempels in die Matrix bezeichnet.
V2 = V1 + 2·Rm·tg((180 – Am)/4) β = (180 – α)/2 Ve = V2 – 2·Rm·sinβ RNH = Ve/6,18 Ri = RNH oder Rp,
wobei der größere Wert
gilt P = d – d0 – er P = (V2/2)·tgβ – (Rm + Ri + er)(1-cosβ)/cosβ
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Die
Aufeinanderfolge der Werte (α,
F) kann in analoger Form durch die Kurve 10 dargestellt
werden, die mit einem Vollstrich in 4 gezeigt
wird.
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Die
Erfahrung zeigt, dass im Bereich der plastischen Verformung die
Kurve 10 jenseits ihres maximalen Krümmungsbereichs 11, 12 fast
linear wird. Die Methode zur Berechnung der Kompensation der Federkraft
beruht auf dem Vergleich der Kurve 10, welche die Werte
(α, F) repräsentiert,
die mit dem Fortschritt des Biegevorgangs laufend berechnet werden,
mit einer Referenzkurve 20, welche die Werte (α, F)ref repräsentiert,
die bei einer Biegung eines Blechs mit einer Nenndicke e und der
Länge Lref im Speicher abgelegt wurden. Diese Referenzkurve 20, die
in 4 punktiert dargestellt ist, gibt insbesondere
den Maximalwert des momentanen Winkels unter Belastung (α)max ref an, der den
Erhalt des Sollwerts (α)c nach der Phase des Aufhebens des durch
den Stempel auf das Werkstück
ausgeübten
Auflagedrucks ermöglicht
hat, illustriert durch das Geradensegment 21.
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Die
Erfahrung zeigt auch, dass die Kurven (α, F), die bei wiederholten Biegungen
verzeichnet werden, in dem fast linearen Teil des Bereichs der plastischen
Verformung praktisch parallel zueinander sind; in anderen Worten
weisen sie einen Abstand Δf auf,
der zwischen den Punkten P3 und P4 praktisch keine Schwankung in Abhängigkeit
von α aufweist. Die
Position der Kurven (α,
F) in diesem Bereich oberhalb oder unterhalb der Referenzkurve 20 hängt insbesondere
von den Abweichungen der realen Länge L der gebogenen Werkstücke von
der Länge Lref, von der realen Dicke und vom realen
Elastizitätsmodul
M der gebogenen Probe ab. Anzumerken ist, dass pro Längeneinheit
des gebogenen Werkstücks die
Kraft und das Elastizitätsmodul
durch folgende Beziehung miteinander verknüpft sind: F
= er 2·M·1,75/Ve
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Das
Elastizitätsmodul
könnte
auch ausgehend von der Neigung zwischen zwei Punkten P1 und P2 des
linearen Teils der Kurve (α,
F) bestimmt werden, welcher der elastischen Verformung entspricht.
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4 zeigt
auch, dass, wenn man die Kurve 10 extrapolieren würde, ihr
Schnittpunkt mit der Geraden 21, der repräsentativ
für die
Federkraft ist, den Biegewinkel αmax unter Belastung für die gerade gebogene Probe
ergibt, der es ermöglicht,
den Sollwert αc in Abwesenheit von Belastung zu erhalten. αmax ist größer als
(αmax)ref, wenn die
Biegekurve über
der Referenzkurve liegt; im umgekehrten Fall ist αmax kleiner als
(αmax)ref
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden die Messwerte (p, d) von der elektronischen Steuereinrichtung
(7) erfasst, digitalisiert und in Paare (α, F) umgewandelt.
Die Berechnung der Korrektur von (αmax)ref, d. h. (αmax)ref – αmax,
wird ohne graphische Extrapolation ausgeführt: Eine Vielzahl von Werten
F zwischen den Punkten P3 und P4,
die wie oben erwähnt
erzielt wurden, werden zuerst um einen Faktor L/Lref korrigiert.
Sodann wird die Differenz Δf
zwischen dem Kurvenabschnitt 10 zwischen P3 und
P4 und der Kurve 20 ausgehend von
den so korrigierten Werten durch eine Methode der kleinsten Quadrate bestimmt.
Anschließend
berechnet die elektronische Steuervorrichtung den korrigierten Wert
von αmax ausgehend von (αmax)ref und Δf.
Man kann folgende Beziehung verwenden: (αmax)ref – αmax = Δf/tgγ
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Der
Winkel γ zwischen
der Geraden 21 und der Abszissenachse wird durch die Aufzeichnung
der Referenzkurve 20 gewonnen und für den Biegevorgang vorprogrammiert.
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Schließlich berechnet
die elektronische Steuervorrichtung den korrigierten Wert des unteren Totpunkts
ausgehend von den oben genannten Beziehungen zwischen α, d und P.
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Der
Fachmann wird bemerken, dass diese Korrekturberechnung des unteren
Totpunkts während
des Biegens erfolgt, bevor der Stempel sich dem unteren Totpunkt
nähert,
und zwar auf der Grundlage der Messungen von Paaren (p, d), die
in einem Bewegungsbereich, nämlich
zwischen den Punkten P3 und P4,
ausgeführt
wurden, der leicht zu bestimmen ist. Die Korrektur des unteren Totpunkts, welche
die Verformung der Presse kompensiert, wird gleichzeitig ausgeführt. Die
Korrektur, welche die Schwankungen der Dicke des Werkstücks kompensiert,
ist zu diesem Zeitpunkt bereits ausgeführt.
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Die
Referenzkurve kann durch einen ersten Biegeversuch gewonnen werden,
wie er durch 5 illustriert ist. 5 stellt
den Bereich der plastischen Verformung des Tests dar, der dazu bestimmt
ist, Referenzwerte für
die Korrektur der Federkraft zu liefern. Die durch die Kurve 200 dargestellte
Biegung wird ausgeführt,
bis der Sollwert des Biegewinkels αc erreicht
ist, dies jedoch ohne Belastung. Der Stempel wird nun leicht angehoben,
so dass der Biegewinkel des Werkstücks unter der Federkraft wieder kleiner wird.
Dieser Prozess wird durch das Segment 201 dargestellt,
das die Abszissenachse in einem Punkt α1 schneidet. Die Referenzkorrektur
der Federkraft ist daher A = αc – α1.
Nun senkt man den Stempel wieder, um die Biegung des Werkstücks bis
zu einem Biegewinkel unter Belastung αc +
A fortzusetzen. Der Auflagedruck steigt gemäß der Kurve 202, zuerst
linear, anschließend
gemäß einem
Kurvenbogen, der dem Ende der plastischen Verformung entspricht. Sodann
wird der Stempel neuerlich angehoben, und der Auflagedruck sinkt
gemäß dem Geradensegment 203;
man verifiziert, dass der Biegewinkel in Abwesenheit von Belastung
zum Wert αc zurückkehrt
und dass das Segment 203 parallel zum Segment 201 ist.
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5 zeigt
auch eine letzte Biegung, welche die aus der Referenzbiegung gewonnenen
Daten verwendet. Zu einem Zeitpunkt der Phase der plastischen Verformung
dieser Biegung, der durch den Punkt P5 der
Kurve 100 dargestellt ist, bestimmt man die entsprechende
Ordinate B der Referenzkurve 200 und die Differenz B' zwischen der Ordinate
des Punkts P5 und der entsprechenden Ordinate
B der Referenzkurve. Wie die geometrische Konstruktion von 5 zeigt,
wird die auf die Differenz B' zurückzuführende zusätzliche
Korrektur der Federkraft A' durch
den Ausdruck A' – (A/B)·B' berechnet. Die Gesamtheit
der Federkraft-Winkelkorrektur, die auf den Biegevorgang anzuwenden
ist, der durch die Kurve 100 dargestellt wird, ist daher
A + A'. Die Steuerelektronik
wandelt diesen Wert mit Hilfe der oben genannten algebraischen Ausdrücke in eine
Korrektur des unteren Totpunkts um.
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Wenn
die auf die Referenzbiegung folgenden Biegungen mit der gleichen
Maschine und mit den gleichen Werkzeugen ausgeführt werden, kann die gesamte
Verarbeitung des Signals ausgeführt werden,
indem man die Paare (d, p) mit einer Kurve (d, p)ref vergleicht,
die bei einer ersten Biegung aufgezeichnet wurde, d.h. mit einer
Kurve, die gleich der rechten Hälfte
der Kurve (d, P) von 3 ist, ohne die mathematische
Umwandlung (d, p) ↔ (α, F) vorzunehmen.
Wenn die Referenzkurve hingegen mit einer ersten Maschine aufgezeichnet
wurde und die folgenden Biegungen mit einer anderen Maschine durchgeführt werden,
ist diese Umwandlung notwendig, um die oben beschriebenen Vergleiche
und Korrekturen ausführen
zu können.
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Die
Referenzkurve kann eine im Speicher verzeichnete Größe sein,
die bei einer früheren
Arbeit erzielt wurde. In diesem Fall sucht die elektronische Steuervorrichtung
bei der Erstprogrammierung der Biegung im Speicher nach dem Vorhandensein einer
Referenzkurve für
identische Biegeparameter und ein identisches Material. Die Suche
im Speicher erstreckt sich insbesondere auf den Sollwinkel αc,
die Werkzeugkombination und die physikalischen Parameter des Materials
(Dicke, Festigkeit des Materials).
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Eine
Gesamtheit von Referenzkurven kann eine Datenbank bilden. Diese
kann online einer Vielzahl von Benutzern zugänglich sein, entweder in Form
einer öffentlich
zugänglichen
Datenbank oder im Rahmen eines privaten Netzes.
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Die
Verwendung einer aus einer Datenbank gezogenen Referenzkurve erspart
einen Test mit einem ersten Werkstück, was im Fall kleiner, kostspieliger
Serien ein beträchtlicher
Vorteil ist.