WO2022073786A1 - Biegemaschine und drahtverarbeitungsanlage mit biegemaschine - Google Patents

Biegemaschine und drahtverarbeitungsanlage mit biegemaschine Download PDF

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WO2022073786A1
WO2022073786A1 PCT/EP2021/076494 EP2021076494W WO2022073786A1 WO 2022073786 A1 WO2022073786 A1 WO 2022073786A1 EP 2021076494 W EP2021076494 W EP 2021076494W WO 2022073786 A1 WO2022073786 A1 WO 2022073786A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bending
transport
unit
wire
axis
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/076494
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe-Peter Weigmann
Oliver Kuhnert
Martin Bauer
Robin Sautter
Peter Schwellbach
Tobias SINGLE
Original Assignee
Wafios Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wafios Aktiengesellschaft filed Critical Wafios Aktiengesellschaft
Priority to US18/030,293 priority Critical patent/US20230372991A1/en
Priority to EP21785818.2A priority patent/EP4225515A1/de
Publication of WO2022073786A1 publication Critical patent/WO2022073786A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D7/00—Bending rods, profiles, or tubes
    • B21D7/02—Bending rods, profiles, or tubes over a stationary forming member; by use of a swinging forming member or abutment
    • B21D7/024—Bending rods, profiles, or tubes over a stationary forming member; by use of a swinging forming member or abutment by a swinging forming member
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D7/00—Bending rods, profiles, or tubes
    • B21D7/12—Bending rods, profiles, or tubes with programme control

Definitions

  • the invention relates to a bending machine for producing complex bent parts from straight wire rods according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a wire processing system that includes such a bending machine.
  • a bending machine of the type considered here comprises a computer numerical control unit, a transport system for transporting successive wire rods along a transport path and a plurality of work stations arranged along the transport path, with at least two of the work stations being designed as bending stations.
  • the transport system has a large number of workpiece receiving devices for receiving an individual wire rod in each case. It is therefore a computer numerically controlled multi-station bending machine that can process wire rods.
  • Such bending machines are generally used when it comes to producing large numbers of complex bent parts in a short time.
  • a complex bent bent part is a bent part that has more than one bend, with bends sometimes also being able to lie in different planes, so that a three-dimensionally bent bent part is present.
  • Wire materials in the form of insulated and bent copper or aluminum wires with a substantially rectangular or square cross-section are also often used to produce coil elements for constructing stators for electric motors, so-called “hairpins”.
  • EP 3 663 015 A1 describes a machine for producing wire elements with two legs running essentially in one plane, the apex of which lies outside the plane of the legs. This geometry is typical for hairpins, for example.
  • the machine has a feeder for substantially straight wire blanks of a predetermined length, a first bending device adapted to perform a first bending operation on wire blanks fed from the feeder to form planar wire elements having two legs and a crest; a plurality of second flexures each comprising a different embossing element, the second flexures all being adapted to flex the apices of the planar wire elements out of the plane of the legs. Furthermore, a first transport device is provided, which is set up to transfer the wire elements from the first bending device to one of the plurality of second bending devices.
  • the control device of the machine is operationally coupled to the feed device, the first bending device, the second bending devices and the first transport device to control them and is set up in particular to control the first transport device on the basis of process parameters to move the wire elements to a selected one of the second bending devices convict.
  • the concept should offer high productivity and high flexibility in the production of bent parts with different bending geometries.
  • the invention is based on the object of providing a bending machine of the type mentioned at the outset that offers high productivity and great flexibility in the production of bent parts of different bending geometries and is characterized by compact size and correspondingly small space requirements.
  • the invention provides a bending machine having the features of claim 1 according to one formulation of the invention. Furthermore, a wire processing plant with the features of claim 18 is provided. Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated into the description by reference.
  • the generic bending machine has at least one bending station with a bending unit, which is configured as a rotary train bending unit.
  • a bending unit when equipped with a rotary bending tool, is thus able to bend the wire rod in a rotary bending process to reshape.
  • a bender configured as a rotary draw bender is also referred to in this application as a bender of a first type.
  • the rotary draw bending unit has a bending head to which, when set up, i.e. with rotary draw bending tool components attached, is attached a bending die.
  • a portion of the wire rod to be formed is brought to a home position within the engagement area of the bending head.
  • a tensioning member of a tensioning device is brought into contact with a free portion of wire to tension this portion of wire against a peripheral portion of the bending mold and clamp it to the bending mold.
  • the wire section is thereby fixed between the clamping element of the clamping device and the bending mold.
  • a backstop device is engaged with a feed end portion of the wire rod to stabilize the alignment of the longitudinal axis of the feed end portion during a bending operation.
  • the feed-side section is supported by the counter-holder device, which acts as a counter-bearing and absorbs the transverse forces resulting from the bending, and thus ideally remains aligned parallel to a throughput direction.
  • the direction of passage corresponds to the direction in which the wire rod is fed in the direction of the bending die.
  • a plane bend is produced in which the legs in front of and behind the bend, formed by the end section whose orientation has changed and the feed-side section whose orientation has not changed, lie in a common plane.
  • the relative orientation of the tail portion to the feed portion is commonly described by the bend angle.
  • a preferred embodiment of a rotary train bending unit (bending unit of the first type) has a bending head which can be rotated about a bending head axis by means of a bending drive and can be moved parallel to the bending head axis by means of an infeed drive.
  • the bending head carries at least one bending tool with a bending mold that can be rotated about the axis of the bending head by means of the bending drive.
  • the axis of rotation driven by the bending drive is also referred to as the Y-axis for ease of understanding.
  • the linear axis driven by the feed drive is also referred to as the Z-axis to simplify understanding.
  • the Z-axis is arranged transversely to the direction of passage of the wire rod through the bending station and is used to feed the bending head in the direction of the wire rod or away from it.
  • a plane bend can be produced on the wire rod in a bending operation.
  • the preferred rotary draw bending unit (bending unit of the first type) has, in addition to the Y-axis and the Z-axis, a machine axis (e.g. W-axis) for actuating a clamping device which is configured to clamp a section of the wire rod against a peripheral section of the one mounted on the bending head to clamp the bending form.
  • a machine axis e.g. W-axis
  • a rotary bending unit thus comprises at least three (controlled) machine axes.
  • a rotary train bending unit additionally has a linear axis for displacing the bending head parallel to a direction of passage of the wire rod (X-axis, longitudinal adjustment).
  • a rotary train bending unit also has a linear axis for shifting the bending head perpendicular to the throughput direction.
  • This optional linear axis is also referred to here as the B-axis and enables a transverse adjustment of the bending head. This makes it easy to create bends in both directions.
  • the B-axis enables the use of multi-level bending shapes with different bending radii.
  • a rotary tensile bending unit additionally has an axis of rotation for rotating a clamping device about the axis of passage.
  • This optional axis of rotation also referred to herein as the A-axis, allows a twist or twisted section to be created in the wire rod during rotary draw bending.
  • a rotary train bending unit can thus optionally have two or three rotary axes and two or three linear axes. More machine axes are possible, but often not necessary.
  • At least one bending station has a basic bending unit, which has a bending head, which can be rotated about a bending head axis (Y axis) by means of a bending drive and can be moved parallel to the bending head axis (Z axis) by means of an infeed drive, with no machine axis is provided for actuating a clamping device.
  • Such basic bending units can be provided inexpensively with a robust structure and, when equipped with a bending tool, enable free bending, in which different bending geometries can be realized within the framework of design limits without converting the bending station simply by changing the control. This achieves a high level of flexibility with regard to the bending geometries that can be achieved.
  • a base flexure is also sometimes referred to in this application as a second type flexure.
  • Bending stations with differently constructed bending units can also be provided.
  • the bending machine preferably only has rotary draw bending units and basic bending units. So you don't need a larger variety of variants, which limits the costs.
  • immediately following bending stations are arranged at different distances from one another along the transport route.
  • the available installation space can be better utilized than in the case of uniform spacing.
  • the transport system has a multiplicity of transport units, each of which has a workpiece receiving device for receiving an individual wire rod.
  • each of the transport units movable by means of the control unit according to an individual movement profile along the transport route.
  • the transport units which can be controlled with different movement profiles, and the additional measures resulting therefrom can also be provided in other generic bending machines and bring advantages, regardless of the type and structure of bending stations or bending units at bending stations, so that this aspect is also regarded as an independent invention.
  • a bending machine according to this embodiment departs from the conventional concept of fixed clocking, as is implemented, for example, in rotary transfer machines. Instead, a transport system with variable clocking is provided.
  • the term "variable clocking" means that not all transport units are in the same state of motion at a given point in time, but that they carry out their individual transport tasks according to an individual movement profile, with the individual movement profiles of different transport units usually differing at least in certain movement phases. According to the findings of the inventors, a transport system with variable timing or with the possibility of asynchronous movement of the transport units can make a decisive contribution to achieving high productivity, high flexibility with regard to different geometries and a low space requirement for the bending machine.
  • variable clocking enables many degrees of freedom with regard to the placement of workstations along the transport route that are not conventionally available. For example, the distances between consecutive work stations can be of different sizes. This favors a small space requirement.
  • the degrees of freedom with regard to the arrangement can be used to place the individual work stations in a way that is coordinated with one another, for example with regard to the time required for their corresponding work operations. Individual transport units (one or more) can move while others are stationary at the same time, eg during a bending operation.
  • the transport system has a transport path with at least one linear motor unit and guide rails for guiding the movement of the transport unit, the transport units being magnetically movable along the guide rails via the linear motor unit under the control of the control unit.
  • the transport route can be straight and/or formed by a single linear motor unit. Preferably, however, several linear motor units connected in series and guide rails connected thereto are provided.
  • the computer numerical control unit with the operating software installed on it allows independent control of the individual transport units with individual movement profiles. When using this concept, a transport unit does not need its own drive to move along the transport route.
  • the transport unit can comprise the passive secondary part of a linear motor with one or more permanent magnets.
  • a contribution can be made to equipping the individual transport units relatively lightly or with less mass inertia, so that good accelerations and high speeds are possible to this extent.
  • a self-propulsion system into the transport unit, for example an electric motor, and to create the power supply via the guide rails or a separate rail.
  • the transport route is a closed transport route. This means that compact dimensions can be maintained even when many bending stations are provided. A return of transport units from an end position of their movement back to the starting position is particularly easy to implement with a closed transport path.
  • the transport path can be circular or consist of a combination of straight sections and curved sections. In one embodiment, the transport path is rectangular with two longer long sides and two shorter short sides and with 90° curves in the corners.
  • a conventional, fixed cycle such as that implemented in rotary transfer machines, can also be used in connection with bending stations for rotary draw bending.
  • the transport system could therefore also have a rotary indexing table on which several workpiece holders are attached, e.g. in a fixed division.
  • components of the workpiece receiving devices that come into contact with the workpiece are mounted such that they can rotate about the receiving axis of the workpiece receiving device.
  • the receiving axis determines the orientation of the received wire rods, the longitudinal center axis of which should run as coaxially as possible to the receiving axis in the area of the workpiece receiving devices.
  • Such rotatability can increase the flexibility of the process control during bending, in particular during rotary draw bending.
  • the workpiece receiving device of a transport unit has a clamping device with at least one movably mounted clamping element and an actuating element coupled thereto, wherein the clamping device can be switched between a locked configuration and an unlocked configuration by actuating the actuating element.
  • the unlocked configuration allows the wire rod to be inserted or the finished bent part to be removed from the clamping device without mechanical stress on the workpiece.
  • the clamping forces exerted by the clamping device on the piece of wire are sufficient to prevent the workpiece from slipping in the clamping device during transport.
  • the moveable retaining member is resiliently biased into the locked configuration by a spring assembly.
  • This achieves a flexible clamping that is gentle on the workpiece.
  • the clamping force is determined by the spring force of the spring arrangement, which can have a single spring or multiple springs.
  • the holding element is pulled back against the spring force, and when the holding element is released, the locked configuration is automatically adopted.
  • the flexible clamping is generally gentle on the workpiece. It is particularly advantageous when processing insulated wire rods, such as those used for hairpins or busbars, since this type of clamping does not unnecessarily stress the insulation layer. Since the clamping force is provided by the spring arrangement in the locked configuration, the clamping device does not require any external energy, which would have to be provided electrically or pneumatically, for example.
  • a transport unit does not have an actuator that can be operated with external energy, for example a gripper or the like that can be operated pneumatically or electrically.
  • the bending machine For the intended operation of bending wire rods, the bending machine must be loaded. This could be done manually. However, one of the work stations is preferably a loading station for the automated or automatable transfer of pieces of wire from an upstream unit for providing straight wire rods into the bending machine.
  • the charging station preferably has an actuating device that can be controlled via the control unit for actuating the movable clamping element of a transport unit.
  • the loading station can thus switch the transport unit between the locked configuration and the unlocked configuration or vice versa, so that no operator intervention is required for these steps.
  • One of the work stations is preferably an unloading station for transferring bent parts from the bending machine to a downstream unit, the unloading station preferably having an actuating device that can be controlled via the control unit for actuating the movable clamping element of a transport unit.
  • the downstream unit can, for example, have a collection container or a magazine for receiving finished bent parts.
  • the downstream unit can also have for further transport of the bent parts to downstream processing devices.
  • a bending station is configured in such a way that the workpiece receiving device of a transport unit moved into the processing position functions as a functional component of a workpiece receiving device for receiving a bending operation.
  • a bending station preferably has a clamping device which is set up to grip the workpiece receiving device of a transport unit moved into the processing position in such a way that processing forces arising during a bending operation are absorbed by the clamping device of the bending station. In this case, the bending station does not have any parts that come into contact with the workpiece for fixing the wire rod.
  • the clamping device of the workpiece receiving device serves as a functional part of the workpiece holding device at the bending station.
  • no or at most low processing forces are transmitted to the transport unit.
  • the transport unit does not need to have a particularly complex construction with regard to force loading and the area in which the transport units interact with their guide system does not experience any critical mechanical loading during the bending operation performed on the piece of wire.
  • a bending station does not need its own workpiece receiving device for receiving a wire rod for a bending operation.
  • the clamping device of the bending station is preferably configured in such a way that a clamping force exerted on the wire rod by the clamping device of the workpiece receiving device is increased by the clamping device of the bending station.
  • a clamping force exerted on the wire rod by the clamping device of the workpiece receiving device is increased by the clamping device of the bending station.
  • Preferred transport units are thus used in two working states of their workpiece receiving device.
  • the workpiece In one state, the workpiece is simply clamped in under a spring-loaded manner, with the clamping force only having to be so great that the wire rod is reliably prevented from slipping out during transport.
  • the second state there are then increased clamping forces that are sufficient to reliably fix the wire rod in the desired position during the bending operation.
  • control unit In transport systems in which each transport unit can be moved along the transport route by means of the control unit according to an individual movement profile, transport that is particularly gentle on the workpiece can be implemented, particularly for relatively sensitive workpieces such as relatively thin pieces of wire.
  • the control unit is configured in such a way that the individual movement profile of a transport unit during a movement along the transport route in at least one compensation time interval includes vibration-avoiding and / or a vibration-damping and / or a centrifugal force-reducing compensation movement of the transport unit.
  • the transport unit can therefore be moved during the compensation time interval, for example, in such a way that no previously non-existent vibrations are generated in the transported wire rod.
  • the movement profile can be designed in such a way that vibration energy is subtracted or derived from a vibration that has already been excited, so that vibration damping can be achieved.
  • a compensatory movement that reduces centrifugal force can, for example, be such that the path speed of a transport unit is reduced during the transition from a straight section to a curved section of the transport route and/or increased during the transition from a curved section to a straight section of the curves in the transport route. Curved sections can therefore tend to be driven through more slowly than straight sections.
  • the workstations include at least one measuring station with a measuring system for measuring the geometry of the bent part after processing by a bending station, the control unit being configured to receive measuring signals from the measuring system process and to control (subsequent) bending operations at the bending station and/or bending operations at a downstream bending station depending on the measurement signals.
  • a regulated bending process can thus be run, which in the ideal case enables the production essentially only to produce good parts or to produce little or no rejects.
  • the measuring station can be located downstream of a bending station and can measure the bending result of the bending station located upstream. It is also possible to integrate part of the measuring system of the measuring station, eg a camera, into the bending station in order to measure its bending result. In this respect, the bending station is also functionally connected upstream of the measuring station. The work station can then be referred to as a combined bending and measuring station. If the measurement signal is used to control the upstream bending operation, the processing parameters at this bending station for processing the subsequently fed wire rods can be modified if necessary, in order not to reproduce a geometry error detected during the measurement. In this constellation, the measuring station is used as a final measuring station.
  • the measuring station as a pre-measuring station by using the measuring signals to perform the subsequent bending operations (one or more) differently from the previous ones in the event of significant deviations in the geometry of the bent part from the target geometry after the previous bending step To design parameter sets so that a detected geometry error in the bent part is at least partially corrected by subsequent bending operations.
  • the measuring station works as a pre-measuring station, where measurement signals are used to modify the subsequent bending operations (one or more) with a view to reducing geometry errors.
  • the measurement can be carried out in such a way that the measurement object (partially or completely bent wire rod) is stationary during the measurement. This allows the highest measurement accuracy to be achieved. With the help of a mobile transport unit, the measurement object can also be moved during the measurement, which means that other measurement strategies can be implemented.
  • the invention also relates to a wire processing system for producing complex bent bent parts from wire.
  • the wire processing plant comprises a rod fabrication machine for producing straight wire rods of a predeterminable length from wire material and a bending machine downstream of the rod fabrication machine for producing complex bent parts from the straight wire rods.
  • the bending machine is designed according to the claimed invention or one of its embodiments. .
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a wire processing system according to an embodiment
  • Fig. 2 shows schematically the bar transfer area and the loading station of the bending machine
  • 3A and 3B show in 3A a schematic view of a bending station with a rotary draw bending unit and in 3B a detail in the region of the bending head;
  • Figures 4A and 4B show schematically one possibility of rotary draw bending
  • FIG. 5 schematically shows a basic bending unit with a horizontal axis of the bending head
  • Fig. 6 shows the unloading station of the bending machine in oblique perspective.
  • the wire processing system 100 is set up to produce complex bent parts in the form of coil elements for stators of electric motors (“hairpins”).
  • a starting material also referred to as a workpiece
  • a starting material is processed, which has a wire-shaped, electrically conductive carrier material (e.g. made of copper) with an essentially rectangular cross-section, which is covered by an electrically non-conductive insulating layer made of paint, thermoplastic or the like. is encased.
  • the workpiece is also referred to below as “wire” D or insulated wire.
  • the wire processing system is basically also suitable for processing round material (insulated or without insulation).
  • the computer numerically controlled, multi-axis wire processing system 100 has several controllable machine axes, a drive system with several mostly electric drives for driving the machine axes and a computer numerical control device 190 for the coordinated control of working movements of the machine axes in a manufacturing process according to a manufacturing process-specific, computer-readable control program.
  • a machine axis includes at least one drive, eg an electric motor.
  • the drive drives a movably mounted component of the machine axis.
  • translatory machine axes which are also referred to here as linear axes for short
  • rotary ones Machine axes which are also referred to here as rotary axes for short.
  • a linear axis can, for example, drive a slide that can be moved linearly.
  • a rotary axis can, for example, drive a turntable.
  • the wire processing system has a rectangular machine coordinate system MK, identified by lower-case letters x, y and z, with a vertical z-axis and horizontal x- and y-axes.
  • the x-axis runs parallel to the axis of passage of the wire.
  • the machine axes with controlled drive are to be distinguished from the x, y and z coordinate axes, some of which are designated with capital letters (e.g. A-axis) on arrows.
  • the arrows or double arrows represent the working movements that can be generated via the respective machine axes or via their drives.
  • the drives are identified by the corresponding capital letter of the axis and a suffix "-A", so that e.g. the drive of the A-axis is designated with A-A.
  • the starting material D is in the form of a wound supply of material (coil), which is wound onto a coiler 105 in the example.
  • the material supply can also be in a barrel-shaped store, for example, and can be drawn off from it.
  • the workpiece enters a rod assembly machine 200 with an integrated stripping device 250 .
  • the rod fabrication machine comprises, in this order along the throughput axis of the workpiece, a straightening unit 220, a length measuring device 230, the stripping device 250 equipped with a milling device 240, a brushing device 260 downstream of this, a feed-in device 270 downstream of this, and a cutting device 280 downstream of the feed-in device.
  • the rod fabrication machine 200 has its own base 205 on which the components mentioned are installed.
  • the straightening device 220 has two straightening apparatuses connected in series with straightening rollers, which process the workpiece passing through one after the other in two mutually perpendicular directions and thereby straighten it.
  • the length measuring device 230 has a measuring wheel and an opposing running wheel and allows an exact measurement of the workpiece length conveyed to the following units.
  • the feed movement is generated with the aid of the feed device 270 arranged behind the stripping device 250, which pulls the workpiece through the upstream devices with a feed profile that can be predetermined via the controller 190 and conveys it to the downstream cutting device 280.
  • the feed force in The feed direction (x-direction) is caused by friction between the feed rollers of the feed device and the wire.
  • a belt feed or a gripper feed with reciprocating gripper is provided.
  • the cutting device 280 is located directly downstream of the feed device, within the stripping unit 200 there is no bending deformation of the flat material, so that the cutting device separates straight wire rods DS of a specifiable length from the supplied, partially stripped wire.
  • the longitudinal direction (direction of the longitudinal central axis) of the wire rods DS runs horizontally and parallel to the transport direction of the wire rods. This can be particularly advantageous in the case of relatively thin wires, since this can prevent unwanted deformations in the event of accelerated movements. In addition, this results in relatively short infeed paths for bending units, which can have a beneficial effect on the processing speed.
  • the bending machine 300 has its own base 305, on the top of which components of a transport system 310 for transporting successive wire rods along a transport route 312 are attached.
  • the transport route runs in a horizontal plane (x-y plane).
  • the transport path is shown in the area of the base 305 in a schematic top view of the transport plane for illustration purposes.
  • the transport section 312 is closed in the circumferential direction and has an essentially rectangular profile with long sides running in the x direction and shorter broad sides running in the y direction. There are 90° curve sections in each of the corner areas.
  • the transport system 310 includes a large number of individual transport units 320, for example three, four, five, six, seven, eight, nine, ten or more transport units.
  • the number of transport units should preferably correspond at least to the number of work stations, so that the work steps can be carried out at the same time. Preferably, there can be more transport units than work stations.
  • Each transport unit has a workpiece receiving device 325 for receiving an individual wire rod DS. In the area of the workpiece receiving device, this runs coaxially to its receiving axis and horizontally and parallel to a throughput direction that corresponds to the local transport direction on the transport route.
  • Each movement of a transport unit 320 can be carried out according to an individual movement profile, which can be specified by the control unit 190 on the basis of a computer program.
  • the drive for the transport movement ie for the movement along the transport route 312, is controlled or supplied with power accordingly for this purpose.
  • the movement profile can be characterized, for example, by the distance covered during the movement, the speed and/or the acceleration of the movement, each as a function of time or other parameters.
  • the transport units 320 are moved via linear direct drives.
  • the transport section 312 is constructed with a large number of linear motor units connected in series, on which guide rails for guiding the horizontal movement of the transport units are located.
  • the primary parts of the linear motor that are supplied with power are located in the transport section 312, passive components (secondary parts) of the linear motors are located within the transport unit 320, so that a transport unit 320 does not have an accompanying drive for moving along the transport section.
  • Its workpiece receiving device 325 is designed as an elastically yielding clamping device.
  • a holding frame 324 there is at least one fixed lower clamping element and, opposite, an upper clamping element 327, which is pretensioned by the spring force of a spring arrangement 328 in the direction of the opposite, fixed clamping element.
  • Attached to the upper clamping element 327 is an actuating element 329 which projects outwards through the holding frame and has a widened head.
  • An unlocking device 295 which can be controlled via the control unit 190 has a vertically displaceable gripper 297 which can act on the actuating element for the transmission of tensile forces.
  • the gripper is actuated by an electric drive O-A and together with it forms the vertical translatory O-axis (double arrow).
  • the unlocking unit 295 is part of a loading station 360 at which the straight wire rods DS are loaded into the transport system 310.
  • a transport unit 320 is moved into the loading position shown.
  • the gripper 297 grips the actuating element and uses it to pull the upper clamping element 327 upwards against the force of the spring arrangement 328, so that an unlocked configuration is achieved and the wire rod DS without Overcoming a resistance can be introduced horizontally into the open clamping device (tool receiving device 325).
  • the clamp is placed in a locked configuration by releasing actuator 329.
  • the workpiece holding device 325 then holds the workpiece with the force of the spring assembly 328, with the holding forces acting over a relatively long clamping length.
  • the transport unit 320 moves with the clamped wire rod along the transport route to a first work station of the bending machine. This is a bending station 320-1, which is the first bending station of the transport route.
  • the bending machine 300 has three bending stations arranged one after the other along the transport path 312, namely a first bending station 320-1, a second bending station 320-2 arranged behind it in the transport direction and a third bending station 320-3 arranged at a greater distance behind it in the transport direction. Additional bending stations can also be attached along the transport route, so that there can be four, five, six, seven or eight bending stations, for example. Bending stations can be placed on either side of the transport route in different positions along the transport route. Appropriate fastening structures are prepared for this on the machine bed. During operation, the bending stations can be parallelized, i.e. work at the same time at least in phases, which makes high unit outputs possible.
  • a bending unit is arranged at each bending station, with which a bending operation can be carried out on the wire rod.
  • a basic bending unit 340-2 (bending unit of the second type) is attached to the first bending station 320-1, with the axis of the bending head being horizontal (see FIG. 5).
  • a rotary draw bending unit 340-1 (first type bending unit) is attached to the second bending station 320-2 with the axis of the bending head oriented vertically (see FIG. 3A).
  • a base bending unit 340-2 is again attached to the third bending station 320-3, but with a vertical axis of the bending head.
  • Each bending station is also set up to carry out geometry measurements on the bent part produced there.
  • 1 shows the cameras 355 of the associated measuring systems.
  • the bending stations can also function as measuring stations for the bending machine.
  • there are separate measuring stations which are located at a distance downstream from a bending station.
  • 3 shows a schematic view of a bending station with a rotary draw bending unit 340-1.
  • 4A and 4B schematically explain one possibility of rotary draw bending.
  • the bending unit 340-1 is configured as a rotary draw bending unit.
  • the rotary train bending unit 340-1 comprises a bending head 345, which can be rotated bidirectionally about the bending head axis 342 using an electric drive (bending drive Y-A).
  • the associated rotary machine axis is the Y axis.
  • the bending head can be moved parallel to the bending head axis 342 using an infeed drive Z-A (translational Z-axis drive). In this way, the bending head can be brought into bending engagement or disengaged from the wire rod by moving it radially to the direction of passage of the wire rods.
  • Z-A translational Z-axis drive
  • the bending head 345 When set up (equipped with a rotary draw bending tool), the bending head 345 carries a bending mold 346 which can be rotated about the bending head axis 342 using the Y-axis during rotary draw bending.
  • the assembly comprising the bending head is carried by a carriage which runs on horizontal guide rails which are attached to the front of a machine-mounted beam.
  • the components carried by the carriage can be moved parallel to the throughput axis or to the transport direction (X-axis) using a corresponding drive X-A.
  • the rotary train bending unit 340-1 also has a linear axis (B axis) driven by drive B-A, which is set up to move the bending head 345 horizontally perpendicular to the throughput direction or transport direction.
  • B axis linear axis
  • W-axis Another machine axis (W-axis) is provided for actuating a clamping device 347 with which a section of the wire rod can be clamped against the circumference of the bending mold.
  • a clamping device 347 For rotary draw bending, the wire is placed between the bending die 346 and a clamping element of the clamping device 347 is clamped. Then the bending mold, the clamping device and the wire clamped between them rotate synchronously.
  • the machine axis for actuating the clamping device 347 is a rotation axis (W-axis), which is controlled independently of the Y-axis and carries a component of the rotary bending tool.
  • a relative rotation of the W-axis relative to the Y-axis produces a movement of a tensioning element attached to a pivoting lever until the wire is clamped.
  • the W axis thus controls the wire clamping. Then the bending mold, the clamping device and the wire clamped between them rotate synchronously.
  • Corresponding devices for eccentric clamping are shown, for example, in the applicant's EP 2 208 549 A1.
  • the clamping device can also be actuated by a linear axis, which causes a linear displacement of a clamping element of the clamping device in the direction of the bending mold 346 and back.
  • the bending station 320-1 does not have its own workpiece receiving device for receiving the piece of wire to be bent. During the bending operation, this is held by the workpiece receiving device 325 of that transport unit 320 which is in the processing position (cf. FIG. 3). In order to ensure that the piece of wire does not slip during the bending operation due to the forces occurring within the relatively flexible clamping workpiece holding device 325, the bending station has a clamping device 350 with a clamping jaw 352 that can be linearly displaced via a pneumatic or electric clamping drive, for example, and an opposite fixed clamping jaw.
  • a force can be exerted on the movable holding element 327 of the workpiece receiving device 325, as a result of which the piece of wire is clamped in the workpiece receiving device 325 so that it cannot be pulled out.
  • the clamping device 350 engages, all forces transmitted via the wire to the workpiece holding device are absorbed by the clamping device, so that the transport unit 320 is relieved of the bending forces and accordingly no special design measures are required for high mechanical stability.
  • the workpiece receiving device 325 of a transport unit 320 or its components that come into contact with the workpiece are mounted such that they can rotate about a receiving axis. During a bending operation, this runs parallel to the throughput direction.
  • the holding elements of the workpiece receiving device 325 of a transport unit 320 are mounted in a rotatable sleeve, so that the workpiece receiving device or its Holding elements is rotatable about the longitudinal direction of the recorded wire rod or about the direction of passage.
  • the bending unit 340-1 is designed in such a way that it can generate a rotation of the workpiece-contacting components of the workpiece holding device 325 about the longitudinal axis of the wire, if required.
  • a circular arc guide 354 is mounted in the supporting structure of the bending unit, via which the clamping device 350 can be rotated as a whole about an axis of rotation which coincides with the axis of passage of the wire rods.
  • the corresponding rotary machine axis is the A axis.
  • FIGS. 4A and 4B show an axial view of the bending head 345 with the bending mold 346 and a clamping element 348 of the clamping device 347 that can be advanced in the direction of the bending mold.
  • FIG. 4A shows the situation before bending, with the piece of wire DS still being straight. On the supply side, the piece of wire is held by the work fixture 325 of the transfer unit, the work fixture being clamped by the clamper 350 .
  • a rotary train bending operation can now proceed in such a way that a section of the piece of wire is clamped on the bending mold 346 and the bend is created by rotating the bending mold 345 in that the piece of wire is pulled around the shaping contour of the bending mold 346 without relative slipping.
  • the wire section between the bending head 345 and the clamping unit 350 comes under tensile stress.
  • a compensating movement is generated by moving the bending unit axially using the X-axis.
  • the workpiece fixture 325 serves as a counterholder, which ensures that the held wire section maintains its orientation during bending. This contributes to the high precision of the achievable bending angles.
  • the compensating movement can also be realized by controlled movement of the transport unit synchronously with the rotary bending movements of the bending head.
  • a torque support device 335 which is not shown in FIG. 3A but is shown schematically in FIGS. 4B and 4B if necessary, can be fed radially to the throughput direction, e.g. horizontally, with the aid of a pneumatically driven linear axis, for example, and in the fed state can grip the wire in a clamping manner in the area between the bending head and the workpiece holding device of the transport unit in order to absorb reaction forces during bending and, if necessary, during turning.
  • the torque support device 335 can be moved parallel to the throughput direction with the aid of another, for example pneumatic, linear axis, for example in order to obtain a desired distance between the clamping point on the torque support device and the bending head. This distance remains constant during rotary draw bending, regardless of the distance between the transport unit and the bending head. The distance between the transport unit and the bending head results from the distance between the clamping position on the workpiece holding device 325 of the transport unit and the current bend that is to be produced.
  • the clamping device 350 is also rotated during at least one phase of the rotation of the bending head 345 with the aid of the A axis, so that between the clamped section on the bending head 345 and the clamped section a twisted section TA is produced in the workpiece receiving device 325 .
  • the torque support device engages, the torque support device also rotates via the A axis during twisting, so that only the area close to the bending shape is twisted.
  • a basic bending unit 340-2 that is to say a bending unit of the second type, can be structurally simpler in design since a machine axis for actuating a tensioning device for wire clamping can be omitted.
  • Fig. 5 shows a schematic of a basic bending unit 340-2 with a horizontal bending head axis 542.
  • a rotary axis with a bending drive YA is provided for turning a bending tool attached to the bending head 545, which has a bending pin 547 at a radial distance from the bending head axis, around the bending head axis 542 and to rotate about the bending mandrel 546.
  • the Z axis is a machine axis with an infeed drive ZA, which can move the bending head parallel to the bending head axis.
  • the bending head can thus be moved into and out of engagement with the wire.
  • an X-axis is provided for moving the bending unit parallel to the throughput direction and a linear axis (B-axis) for linear movement perpendicular to the throughput direction (in the example in the vertical direction).
  • B-axis linear axis
  • a clamping device is also provided, but is omitted from FIG. 5 for reasons of illustration. This does not need to be rotatably mounted, so that there is no A-axis.
  • Such bending units enable shape-free bending, in which different bending geometries can be realized within the framework of design limits without converting the bending station simply by changing the control. This achieves a high level of flexibility with regard to the bending geometries that can be achieved
  • the first bending station 320-1 immediately following the rod transfer device 290 has a basic bending unit with a horizontal bending head axis, for example according to Fig. 5. This is followed at a relatively short distance by a rotary train bending unit (first type) with a vertical bending head axis (cf 3A) before a further bending station with a base bending unit mounted with the bending head axis vertical follows for a third bending operation at a greater distance.
  • first type with a vertical bending head axis (cf 3A)
  • a further bending station with a base bending unit mounted with the bending head axis vertical follows for a third bending operation at a greater distance.
  • both the bending head axes of the first and the second bending station and the bending head axes of the first and the third bending station are orthogonal to one another. In this way, if necessary, complex three-dimensional bending geometries with different bending planes can also be produced without the wire rod having
  • FIG. 6 shows an oblique perspective of an unloading station 380 in which the removal of the bar from the bending loop 300 takes place.
  • the structure is similar to that of the loading station 360 in that an M-axis unit is provided for unlocking the workpiece receiving device 325 of the transport unit 320, with which the workpiece receiving device can be opened against the force of the spring assembly 328.
  • the finished bent wire rod ie the desired bent part, is previously gripped by the gripper 692 of a rod removal device 690, which grips the finished bent bent part and transports it for further processing or further processing.
  • a measuring system is provided for each bending station, with which geometric parameters of the bent wire rod are recorded after the bending operation is complete and reported to the control unit 190 in the form of measurement signals or measurement data derived therefrom.
  • This carries out a target/actual comparison of the geometries and can then, if the measured actual geometry deviates too much from the target geometry stored in the control unit, change the bending parameters of the assigned bending station at this stage, so that the bending geometry of a subsequent piece of wire less error can be generated.
  • the measurement signal from a measurement station can also be used to change bending parameters at a subsequent bending station in such a way that a Error at one or more subsequent bending stations can be partially or completely corrected.
  • the transport system 310 with the individually controllable transport units 320 enables an optimal spatial distribution of bending stations with unequal spacing along the transport route. As a result, an overall compact design with a relatively small space requirement can be achieved. Productivity can also be increased by the transport system 310 by reducing the transport times (non-productive times) required overall, so that more time (main time) remains for the bending operations. For example, after a relatively long bending operation, a bent part can be transported to the subsequent bending station faster than in the case of a relatively short bending operation. Also, some transport units may be moved while other transport units still remain stationary at their bending stations because the bending operation is not yet complete.
  • a transport unit can be transported back between the unloading station 380 and the loading station 360 very quickly, so that there is no waiting time for the productive bending operations.
  • the variable clocking therefore results in considerable practical and economic advantages.
  • the bending stations use the advantages of 3D bending without mold-bound tools and allow a flexible change between different hairpin geometries - and also between different geometries of bent parts that are intended for other purposes.
  • the bending machine is characterized, among other things, by its high output with low space requirements and economic investment costs.

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Abstract

Eine Biegemaschine (300) zum Herstellen komplex gebogener Biegeteile aus geraden Drahtstäben (DS) umfasst eine computernumerische Steuereinheit (190), ein Transportsystem (310) zum Transportieren aufeinanderfolgender Drahtstäbe entlang einer Transportstrecke (312), wobei das Transportsystem eine Vielzahl von Werkstückaufnahmeeinrichtungen (325) zur Aufnahme jeweils eines einzelnen Drahtstabs aufweist, sowie mehrere Arbeitsstationen, die entlang der Transportstrecke (312) angeordnet sind, wobei mindestens zwei der Arbeitsstationen als Biegestationen (320-1, 320-2, 320-3) ausgelegt sind. Die Biegemaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Biegestation (320-2) eine Biegeeinheit (340-1) aufweist, welche als Rotationszugbiegeeinheit konfiguriert ist.

Description

Bieqemaschine und Drahtverarbeitunqsanlaqe mit Bieqemaschine
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine Biegemaschine zum Herstellen komplex gebogener Biegeteile aus geraden Drahtstäben gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Drahtverarbeitungsanlage, die eine solche Biegemaschine umfasst.
Eine Biegemaschine der hier betrachteten Art umfasst eine computernumerische Steuereinheit, ein Transportsystem zum Transportieren aufeinanderfolgender Drahtstäbe entlang einer Transportstrecke und mehrere Arbeitsstationen, die entlang der Transportstrecke angeordnet sind, wobei mindestens zwei der Arbeitsstationen als Biegestationen ausgelegt sind. Das Transportsystem weist eine Vielzahl von Werkstückaufnahmeeinrichtungen zur Aufnahme jeweils eines einzelnen Drahtstabs auf. Es handelt sich also um eine computernumerisch gesteuerte Mehrstationen-Biegemaschine, die Drahtstäbe verarbeiten kann. Derartige Biegemaschinen werden in der Regel eingesetzt, wenn es darum geht, große Stückzahlen komplex gebogener Biegeteile in kurzer Zeit herzustellen. Ein komplex gebogenes Biegeteil ist ein Biegeteil, das mehr als eine Biegung aufweist, wobei Biegungen zum Teil auch in unterschiedlichen Ebenen liegen können, so dass ein dreidimensional gebogenes Biegeteil vorliegt.
Bedarf nach komplex gebogenen Biegeteilen besteht unter anderem im Bereich der Elektromobilität. Dort werden zunehmend Fahrzeuge mit voll- oder teilelektrischem Antrieb angeboten. Die Fahrzeuge besitzen meist leistungsfähige Energiespeichersysteme mit mehreren Batteriemodulen. Die elektrische Energie muss zwischen den einzelnen Batteriemodulen transportiert werden. Dazu werden isolierte und gebogene Kupfer- oder Aluminiumschienen verwendet, die auch als „Stromschienen“ bezeichnet werden. Weiterhin werden zunehmend die in Längsrichtung von Fahrzeugen zwischen Front und Heck laufenden Kabelbäume durch Stromschienen ersetzt. Da die für die Verlegung von Stromschienen zur Verfügung stehenden Bauräume zum Teil relativ eng und geometrisch komplex sind, werden in vielen Fällen Stromschienen benötigt, die an einer oder mehreren Stellen Biegungen aufweisen.
Auch zum Herstellen von Spulenelementen zum Aufbau von Statoren für Elektromotoren, sogenannten „Hairpins“, werden häufig Drahtmaterialien in Form von isolierten und gebogenen Kupfer- oder Aluminiumdrähte mit im Wesentlichen rechteckigem oder quadratischem Querschnitt verwendet. Die EP 3 663 015 A1 beschreibt eine Maschine zum Herstellen von Drahtelementen mit zwei im Wesentlichen in einer Ebene verlaufenden Schenkeln, deren Scheitel außerhalb der Schenkelebene liegt. Diese Geometrie ist z.B. für Hairpins typisch. Die Maschine hat eine Zufuhreinrichtung für im Wesentlichen geradlinige Drahtrohlinge mit einer vorbestimmten Länge, eine erste Biegevorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, einen ersten Biegevorgang an von der Zufuhreinrichtung zugeführten Drahtrohlingen auszuführen, um ebene Drahtelemente mit zwei Schenkeln und einem Scheitel zu bilden; eine Mehrzahl von zweiten Biegevorrichtungen, welche jeweils ein unterschiedliches Prägeelement umfassen, wobei die zweiten Biegevorrichtungen sämtlich dazu eingerichtet sind, die Scheitel der ebenen Drahtelemente aus der Schenkelebene heraus zu biegen. Weiterhin ist eine erste Transportvorrichtung vorgesehen, welche dazu eingerichtet ist, die Drahtelemente von der ersten Biegevorrichtung zu einer aus der Mehrzahl von zweiten Biegevorrichtungen zu überführen. Die Steuereinrichtung der Maschine ist betriebsmäßig mit der Zufuhreinrichtung, der ersten Biegevorrichtung, den zweiten Biegevorrichtungen und der ersten Transportvorrichtung zu deren Steuerung gekoppelt und insbesondere dazu eingerichtet, auf Grundlage von Prozessparametern die erste Transportvorrichtung dazu anzusteuern, die Drahtelemente jeweils zu einer ausgewählten der zweiten Biegevorrichtungen zu überführen. Das Konzept soll u.a. eine hohe Produktivität und hohe Flexibilität bei der Herstellung von Biegeteilen unterschiedlicher Biegegeometrie bieten.
AUFGABE UND LÖSUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Biegemaschine der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, die eine hohe Produktivität und große Flexibilität bei der Herstellung von Biegeteilen unterschiedlicher Biegegeometrie bietet und sich durch kompakte Baugröße und entsprechend geringen Platzbedarf auszeichnet.
Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben stellt die Erfindung gemäß einer Formulierung der Erfindung eine Biegemaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird eine Drahtverarbeitungsanlage mit den Merkmalen von Anspruch 18 bereitgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Gemäß dieser Formulierung der Erfindung weist die gattungsgemäße Biegemaschine wenigstens eine Biegestation mit einer Biegeeinheit auf, welche als Rotationszugbiegeeinheit konfiguriert ist. Eine solche Biegeeinheit ist somit bei Bestückung mit einem Rotationszugbiegewerkzeug in der Lage, den Drahtstab in einem Rotationszugbiegeverfahren umzuformen. Eine als Rotationszugbiegeeinheit konfigurierte Biegeeinheit wird in dieser Anmeldung auch als Biegeeinheit eines ersten Typs bezeichnet.
Die Rotationszugbiegeeinheit hat einen Biegekopf, an dem im eingerichteten Zustand, d.h. mit angebrachten Werkzeugkomponenten zum Rotationszugbiegen, eine Biegeform angebracht ist. Bei einer Rotationszugbiegeoperation wird ein umzuformender Abschnitt des Drahtstabs in eine Ausgangsstellung im Eingriffsbereich des Biegekopfs gebracht. Danach wird ein Spannelement einer Spanneinrichtung in Kontakt mit einem freien Drahtabschnitt gebracht, um diesen Drahtabschnitt gegen einen Umfangsabschnitt der Biegeform zu spannen und an der Biegeform festzuklemmen. Der Drahtabschnitt wird dadurch zwischen dem Spannelement der Spanneinrichtung und der Biegeform fixiert. Weiterhin wird eine Gegenhaltereinrichtung in Eingriff mit einem zufuhrseitigen Abschnitt des Drahtstabs gebracht, um die Ausrichtung der Längsachse des zufuhrseitigen Abschnitts während einer Biegeoperation zu stabilisieren.
Dann wird in einer Biegeoperation (Rotationszugbiegeoperation) durch synchrones Drehen der Biegeform und der Spanneinrichtung um die Biegekopfachse eine Biegung zwischen dem durch die Gegenhaltereinrichtung gegen Querkräfte stabilisierten zufuhrseitigen Abschnitt und dem geklemmten Drahtabschnitt erzeugt. Durch die synchrone Drehung der Biegeform und der Spanneinrichtung um die Biegekopfachse wird das Werkstück gleichsam um die Biegeform bzw. einen Umfangsabschnitt desselben „herumgezogen“. Die Außenkontur der Biegeform kann dabei die Innenkontur der Biegung stabilisieren und deren Radius genau vorgeben. Der hintere, gerade Schenkel des Werkstücks, also der zufuhrseitige Abschnitt, wird dabei von der Gegenhaltereinrichtung, die als Gegenlager die aus der Biegung resultierenden Querkräfte aufnimmt, gestützt und bleibt dadurch idealerweise parallel zu einer Durchlaufrichtung ausgerichtet. Die Durchlaufrichtung entspricht derjenigen Richtung, in der der Drahtstab in Richtung der Biegeform zugeführt wird.
Es wird im Idealfall eine ebene Biegung erzeugt, bei der die Schenkel vor und hinter der Biegung, gebildet durch den in seiner Orientierung veränderten Endabschnitt und den in seiner Orientierung nicht geänderten zufuhrseitigen Abschnitt, in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die relative Orientierung des Endabschnitts gegenüber dem zufuhrseitigen Abschnitt wird üblicherweise durch den Biegewinkel beschrieben. Mithilfe des Rotationszugbiegens können die gewünschten Biegewinkel und Biegeradien mit hoher Präzision erzeugt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Rotationszugbiegeeinheit (Biegeeinheit des ersten Typs) weist einen Biegekopf auf, der mittels eines Biegeantriebs um eine Biegekopfachse drehbar und mittels eines Zustellantriebs parallel zu der Biegekopfachse bewegbar ist. Der Biegekopf trägt im eingerichteten Zustand wenigstens ein mittels des Biegeantriebs um die Biegekopfachse rotierbares Biegewerkzeug mit einer Biegeform. Die vom Biegeantrieb angetriebene Rotationsachse wird zur Vereinfachung der Verständigung auch als Y-Achse bezeichnet. Die vom Zustellantrieb angetriebene Linearachsachse wird zur Vereinfachung der Verständigung auch als Z-Achse bezeichnet.
Die Z-Achse ist quer zur Durchlaufrichtung des Drahtstabs durch die Biegestation angeordnet und dient der Zustellung des Biegekopfs in Richtung des Drahtstabs oder von diesem weg. Mithilfe des rotierbaren Biegewerkzeugs, welches mit einem oder mehreren weiteren Werkzeugteilen des Biegekopfs, zusammenwirkt, kann in einer Biegeoperation eine ebene Biegung am Drahtstab erzeugt werden.
Die bevorzugte Rotationszugbiegeeinheit (Biegeeinheit des ersten Typs) weist zusätzlich zur Y- Achse und zur Z-Achse eine Maschinenachse (z.B. W-Achse) zur Betätigung einer Spanneinrichtung auf, die dafür konfiguriert ist, einen Abschnitt des Drahtstabs gegen einen Umfangsabschnitt der am Biegekopf montierten Biegeform zu spannen.
Eine Rotationszugbiegeeinheit umfasst somit mindestens drei (geregelte) Maschinenachsen.
Bei manchen Ausführungsformen weist eine Rotationszugbiegeeinheit zusätzlich eine Linearachse zur Verschiebung des Biegekopfs parallel zu einer Durchlaufrichtung des Drahtstabs (X-Achse, Längsverstellung) auf. Dadurch können unter anderem beim Rotationszugbiegen Ausgleichsbewegungen in Drahtlängsrichtung erzeugt werden, die verhindern, dass der Draht durch ungewollte Zugbelastung gelängt wird.
Bei manchen Ausführungsformen weist eine Rotationszugbiegeeinheit zusätzlich eine Linearachse zur Verschiebung des Biegekopfs senkrecht zur Durchlaufrichtung auf. Diese optionale Linearachse wird hier auch als B-Achse bezeichnet und ermöglicht eine Querverstellung der des Biegekopfs. Dadurch können auf einfache Weise Biegungen in beide Richtungen erzeugt werden. Zusätzlich ermöglicht die B-Achse die Nutzung von mehrstufigen Biegeformen mit unterschiedlichen Biegeradien.
Bei manchen Ausführungsformen weist eine Rotationszugbiegeeinheit zusätzlich eine Rotationsachse zur Drehung einer Klemmeinrichtung um die Durchlaufachse auf. Diese optionale Rotationsachse wird hier auch als A-Achse bezeichnet und ermöglicht die Erzeugung einer Verdrillung bzw. eines tordierten Abschnitts im Drahtstab während des Rotationszugbiegens. Eine Rotationszugbiegeeinheit kann somit ggf. zwei oder drei Rotationsachsen und zwei oder drei Linearachsen aufweisen. Mehr Maschinenachsen sind möglich, häufig aber nicht nötig.
Bei manchen Ausführungsformen weist wenigstens eine Biegestation eine Basis-Biegeeinheit auf, die einen Biegekopf aufweist, der mittels eines Biegeantriebs um eine Biegekopfachse drehbar (Y-Achse) und mittels eines Zustellantriebs parallel zu der Biegekopfachse bewegbar ist (Z-Achse), wobei keine Maschinenachse zur Betätigung einer Spanneinrichtung vorgesehen ist. Derartige Basis-Biegeeinheiten können kostengünstig mit robustem Aufbau bereitgestellt werden und ermöglichen bei Bestückung mit Biegewerkzeug ein formfreies Biegen, bei dem im Rahmen konstruktiver Grenzen unterschiedliche Biegegeometrien ohne Umrüsten der Biegestation allein durch Änderung der Ansteuerung realisierbar sind. Dadurch wird hohe Flexibilität bezüglich erzielbarer Biegegeometrien erreicht. Eine Basis-Biegeeinheit wird in dieser Anmeldung gelegentlich auch als Biegeeinheit eines zweiten Typs bezeichnet.
Als besonders günstig hat es sich herausgestellt, wenn Biegeeinheiten relativ zueinander so orientiert sind, dass die Biegekopfachsen mindestens einer Rotationszugbiegeeinheit und mindestens einer Basis-Biegeeinheit quer, insbesondere orthogonal zueinander ausgerichtet sind. In diesem Fall können Biegeoperationen, die in unterschiedlichen Ebenen zueinander verlaufen, auf die unterschiedlichen Biegestationen mit Biegeeinheiten vom ersten Typ und vom zweiten Typ verteilt werden, ohne dass das Werkstück und/oder eine Biegeeinheit über größere Drehwinkel um die Durchlaufachse rotiert werden muss. Eventuelle Drehungen um die Durchlaufachse können auf kleine Winkel beschränkt werden, die beispielsweise weniger als 45° betragen können. Eine orthogonale Anordnung kann z.B. bei Drähten mit quadratischem oder nicht-quadratischem Rechteckquerschnitt besonders vorteilhaft sein.
Es können noch Biegestationen mit anders aufgebauten Biegeeinheiten vorgesehen sein. Vorzugsweise weist die Biegemaschine jedoch ausschließlich Rotationszugbiegeeinheiten und Basis-Biegeeinheiten auf. Man benötigt also keine größere Variantenvielfalt, was die Kosten begrenzt.
Gemäß einer Weiterbildung sind entlang der Transportstrecke unmittelbar aufeinanderfolgende Biegestationen in unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet. Dadurch kann der zur Verfügung stehende Bauraum besser ausgenutzt werden als im Falle gleichmäßiger Abstände.
Bei einer Biegemaschine gemäß einer Ausführungsform weist das Transportsystem eine Vielzahl von Transporteinheiten auf, die jeweils eine Werkstückaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines einzelnen Drahtstabs aufweisen. Vorzugsweise ist jede der Transporteinheiten mittels der Steuereinheit gemäß einem individuellen Bewegungsprofil entlang der T ransportstrecke bewegbar.
Die mit unterschiedlichen Bewegungsprofilen steuerbaren Transporteinheiten sowie die dadurch bedingten ergänzenden Maßnahmen können unabhängig von der Art und dem Aufbau von Biegestationen bzw. Biegeeinheiten an Biegestationen auch bei anderen gattungsgemäßen Biegemaschinen vorgesehen sein und Vorteile bringen, so dass dieser Aspekt auch als eine unabhängige Erfindung angesehen wird.
Eine Biegemaschine gemäß dieser Ausgestaltung verlässt das herkömmliche Konzept der festen Taktung, wie es beispielsweise bei Rundtaktmaschinen realisiert ist. Stattdessen wird ein Transportsystem mit einer variablen Taktung bereitgestellt. Der Begriff „variable Taktung“ besagt, dass sich nicht alle Transporteinheiten zu einem gegebenen Zeitpunkt im gleichen Bewegungszustand befinden, sondern dass sie ihre individuellen Transportaufgaben gemäß einem individuellen Bewegungsprofil erledigen, wobei sich die individuellen Bewegungsprofile unterschiedlicher Transporteinheiten in der Regel mindestens in bestimmten Bewegungsphasen unterscheiden. Nach den Erkenntnissen der Erfinder kann ein Transportsystem mit einer variablen Taktung bzw. mit der Möglichkeit zur asynchronen Bewegung der Transporteinheiten einen entscheidenden Beitrag leisten, um eine hohe Produktivität, eine hohe Flexibilität im Hinblick auf unterschiedliche Geometrien und einen geringen Flächenbedarf der Biegemaschine erreichen zu können.
Bei einem individuellen Bewegungsprofil können Startpunkte, Endpunkte, Momentangeschwindigkeiten und Beschleunigungen der individuellen Transporteinheiten über die Steuereinheit variabel vorgegeben werden. Die Bewegungsprofile können somit beispielsweise für unterschiedliche Streckenabschnitte unterschiedlich sein. Die variable Taktung ermöglicht unter anderem viele konventionell nicht vorhandene Freiheitsgrade bezüglich der Platzierung von Arbeitsstationen entlang der Transportstrecke. Beispielsweise können die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Arbeitsstationen unterschiedlich groß sein. Das begünstigt einen geringen Platzbedarf. Die Freiheitsgrade bezüglich der Anordnung können dazu genutzt werden, die einzelnen Arbeitsstationen beispielsweise im Hinblick auf den Zeitbedarf für ihre entsprechenden Arbeitsoperationen aufeinander abgestimmt zu platzieren. Einzelne Transporteinheiten (eine oder mehrere) können sich bewegen, während andere zur gleichen Zeit stillstehen, z.B. während einer Biegeoperation. Längere Biegezeiten (Dauer einer Biegeoperation an einer Biegestation) können mit kürzeren Transportzeiten wenigstens teilweise kompensiert werden. Bei bevorzugten Ausführungsformen weist das Transportsystem eine Transportstrecke mit mindestens einer Linearmotoreinheit und Führungsschienen zur Führung der Bewegung der Transporteinheit auf, wobei die Transporteinheiten über die Linearmotoreinheit unter Steuerung durch die Steuereinheit magnetisch entlang der Führungsschienen bewegbar sind. Die Transportstrecke kann geradlinig sein und/oder durch eine einzige Linearmotoreinheit gebildet werden. Vorzugsweise sind jedoch mehrere hintereinandergeschaltete Linearmotoreinheiten und damit verbundene Führungsschienen vorgesehen. Die computernumerische Steuereinheit mit der darauf installierten Betriebssoftware erlaubt eine unabhängige Ansteuerung der einzelnen Transporteinheiten mit individuellen Bewegungsprofilen. Bei Nutzung dieses Konzepts benötigt eine Transporteinheit keinen eigenen mitfahrenden Antrieb zur Fortbewegung entlang der Transportstrecke. Stattdessen kann die Transporteinheit den passiven Sekundärteil eines Linearmotors mit einem oder mehreren Permanentmagneten umfassen. Durch Verzicht auf einen eigenen Antrieb kann ein Beitrag dazu geschaffen werden, die einzelnen Transporteinheiten relativ leicht bzw. mit geringerer Massenträgheit auszustatten, so dass gute Beschleunigungen und hohe Geschwindigkeiten insoweit möglich werden.
Bei anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, in die Transporteinheit einen Eigenantrieb zu integrieren, beispielsweise einen Elektromotor, und die Energiezufuhr über die Führungsschienen oder eine gesonderte Schiene zu schaffen.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Transportstrecke eine geschlossene Transportstrecke. Dadurch können auch bei Bereitstellung vieler Biegestationen kompakte Baumaße eingehalten werden. Mit einer geschlossenen Transportstrecke ist eine Rückführung von Transporteinheiten von einer Endposition ihrer Bewegung zurück zur Startposition besonders einfach zu realisieren.. Die Transportstrecke kann kreisförmig sein oder aus einer Kombination aus geraden Abschnitten und Kurvenabschnitten bestehen. Bei einer Ausführungsform ist die Transportstrecke rechteckig mit zwei längeren Längsseiten und zwei kürzeren Breitseiten sowie mit 90°-Kurven in den Ecken.
Eine herkömmliche, feste Taktung, wie sie beispielsweise bei Rundtaktmaschinen realisiert ist, kann grundsätzlich auch in Verbindung mit Biegestationen zum Rotationszugbiegen genutzt werden. Das Transportsystem könnte somit auch einen Rundtakttisch aufweisen, an dem mehrere Werkstückaufnahmen z.B. in fester Teilung angebracht sind.
Nachfolgend werden Aspekte möglicher Konzepte für die Werkstückaufnahme für Transport und Bearbeitung erläutert. Bei manchen Ausführungsformen sind werkstückberührende Komponenten der Werkstückaufnahmevorrichtungen um die Aufnahmeachse der Werkstückaufnahmevorrichtung drehbar gelagert. Die Aufnahmeachse bestimmt die Ausrichtung der aufgenommenen Drahtstäbe, deren Längsmittelachse im Bereich der Werkstückaufnahmevorrichtungen möglichst koaxial zur Aufnahmeachse verlaufen sollte. Durch eine solche Drehbarkeit kann sich die Flexibilität der Verfahrensführung beim Biegen, insbesondere beim Rotationszugbiegen, erhöhen.
Bei manchen Ausführungsformen weist die Werkstückaufnahmevorrichtung einer Transporteinheit eine Klemmeinrichtung mit wenigstens einem beweglich gelagerten Klemmelement und einem damit gekoppelten Betätigungselement auf, wobei die Klemmeinrichtung durch Betätigen des Betätigungselements zwischen einer verriegelten Konfiguration und einer entriegelten Konfiguration umstellbar ist. Die entriegelte Konfiguration erlaubt eine Einführung des Drahtstabs oder eine Entnahme des fertigen Biegeteils aus der Klemmeinrichtung ohne mechanische Belastung des Werkstücks. In der verriegelten Konfiguration sind die von der Klemmeinrichtung auf das Drahtstück ausgeübten Klemmkräfte ausreichend, um zu verhindern, dass das Werkstück während des Transports in der Klemmeinrichtung verrutscht.
Vorzugsweise ist das bewegliche Halteelement mittels einer Federanordnung elastisch in die verriegelte Konfiguration vorgespannt. Dadurch wird eine werkstückschonende nachgiebige Klemmung erreicht. Die Klemmkraft wird durch die Federkraft der Federanordnung bestimmt, die eine Einzelfeder oder mehrere Federn aufweisen kann. Zum Einführen des Drahtstücks in die Klemmeinrichtung wird das Halteelement gegen die Federkraft zurückgezogen, bei Freigabe des Halteelements wird selbsttätig die verriegelte Konfiguration eingenommen. Die nachgiebige Klemmung ist generell werkstückschonend. Sie ist besonders vorteilhaft bei der Verarbeitung von isolierten Drahtstäben, wie sie beispielsweise für Hairpins oder Stromschienen benutzt werden, da durch diese Art der Klemmung die Isolationsschicht nicht unnötig stark belastet wird. Da die Klemmkraft in der verriegelten Konfiguration durch die Federanordnung bereitgestellt wird, benötigt die Klemmeinrichtung keine externe Energie, die beispielsweise elektrisch oder pneumatisch bereitzustellen wäre.
Das Konzept mit federbelastetem Halteelement ist eine robuste, vollmechanische Lösung mit geringem Eigengewicht, so dass insoweit Transporteinheiten mit geringerer Massenträgheit möglich werden. Bei bevorzugten Ausführungsformen hat daher eine Transporteinheit keinen mit Fremdenergie betreibbaren Aktuator, zum Beispiel einen pneumatisch oder elektrisch betätigbaren Greifer oder dergleichen.
Für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Biegens von Drahtstäben muss die Biegemaschine beladen werden. Dies könnte manuell geschehen. Vorzugsweise ist jedoch eine der Arbeitsstationen eine Ladestation zur automatisierten oder automatisierbaren Übernahme von Drahtstücken von einer vorgeschalteten Einheit zur Bereitstellung gerader Drahtstäbe in die Biegemaschine.
Die Ladestation weist vorzugsweise eine über die Steuereinheit steuerbare Betätigungseinrichtung zur Betätigung des beweglichen Klemmelements einer Transporteinheit auf. Die Ladestation kann somit die Transporteinheit zwischen der verriegelten Konfiguration und der entriegelten Konfiguration bzw. umgekehrt umschalten, so dass für diese Schritte kein Bedienereingriff nötig wird.
Vorzugsweise ist eine der Arbeitsstationen eine Entladestation zur Übergabe von Biegeteilen von der Biegemaschine zu einer nachgeschalteten Einheit, wobei die Entladestation vorzugsweise eine über die Steuereinheit steuerbare Betätigungseinrichtung zur Betätigung des beweglichen Klemmelements einer Transporteinheit aufweist. Die nachgeschaltete Einheit kann z.B. einen Sammelbehälter oder ein Magazin zur Aufnahme fertiger Biegeteile aufweisen. Die nachgeschaltete Einheit kann auch für einen Weitertransport der Biegeteile zu nachgelagerten Verarbeitungsvorrichtungen aufweisen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen gibt es Besonderheiten im Hinblick auf die Zusammenarbeit zwischen der Biegestation und der Transporteinheit, welche das zu verbiegende Drahtstück in eine Bearbeitungsposition an der Biegestation und später aus dieser heraus fördert.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist eine Biegestation derart konfiguriert, dass die Werkstückaufnahmeeinrichtung einer in Bearbeitungsposition gefahrenen Transporteinheit als funktionaler Bestandteil einer Werkstückaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme für eine Biegeoperation fungiert. Somit ist keine Übergabe des Drahtstabs zwischen der Transporteinheit und der Biegestation nötig, so dass durch eine Übergabe bedingte Fehler systematisch vermieden werden und eine einfachere Konstruktion an der Biegestation möglich wird. Vorzugsweise hat eine Biegestation eine Klemmeinrichtung, die dafür eingerichtet ist, an der Werkstückaufnahmeeinrichtung einer in Bearbeitungsposition gefahrenen Transporteinheit derart anzugreifen, dass bei einer Biegeoperation entstehende Bearbeitungskräfte von der Klemmeinrichtung der Biegestation aufgenommen werden. Die Biegestation hat also in diesem Fall keine werkstückberührenden Teile zur Fixierung des Drahtstabs. Vielmehr dient die Klemmeinrichtung der Werkstückaufnahmeeinrichtung als funktionaler Teil der Werkstückhalteeinrichtung an der Biegestation. Es werden jedoch keine oder allenfalls geringe Bearbeitungskräfte auf die Transporteinheit übertragen. Somit braucht die Transporteinheit keine besonders aufwändige Konstruktion im Hinblick auf Kraftbelastung zu haben und der Bereich, in dem die Transporteinheiten mit ihrem Führungssystem Zusammenwirken, erfährt keine eventuell kritische mechanische Belastung während der am Drahtstück durchgeführten Biegeoperation.
Bei dieser Konstruktion benötigt eine Biegestation keine eigene Werkstückaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines Drahtstabs für eine Biegeoperation.
Vorzugsweise ist die Klemmeinrichtung der Biegestation so konfiguriert, dass durch die Klemmeinrichtung der Biegestation eine durch die Klemmeinrichtung der Werkstückaufnahmeeinrichtung auf den Drahtstab ausgeübte Klemmkraft verstärkt wird. Dadurch kann erreicht werden, dass auch bei hohen Bearbeitungskräften während der Biegeoperation der Drahtstab nicht aus der Werkstückaufnahmeeinrichtung der Transporteinheit herausrutschen kann.
Bevorzugte Transporteinheiten werden somit in zwei Arbeitszuständen ihrer Werkstückaufnahmeeinrichtung benutzt. In einem Zustand wird das Werkstück lediglich federbelastet eingeklemmt, wobei die Klemmkraft nur so groß sein muss, dass ein Herausrutschen des Drahtstabs während des Transports zuverlässig verhindert wird. Im zweiten Zustand liegen dann erhöhte Klemmkräfte vor, die ausreichen, den Drahtstab bei der Biegeoperation zuverlässig in der gewünschten Position zu fixieren.
Bei Transportsystemen, in welchen jede Transporteinheit mittels der Steuereinheit gemäß einem individuellen Bewegungsprofil entlang der Transportstrecke bewegbar ist, kann ein besonders werkstückschonender Transport insbesondere für relativ empfindliche Werkstücke, wie beispielsweise relativ dünne Drahtstücke, realisiert werden. Dazu ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass die Steuereinheit derart konfiguriert ist, dass das individuelle Bewegungsprofil einer Transporteinheit während einer Bewegung entlang der Transportstrecke in mindestens einem Kompensationszeitintervall eine schwingungsvermeidende und/oder eine schwingungsdämpfende und/oder eine fliehkraftreduzierende Kompensationsbewegung der Transporteinheit umfasst.
Die Transporteinheit kann also während des Kompensationszeitintervalls z.B. so bewegt werden, dass im transportierten Drahtstab keine vorher nicht vorhandene Schwingung erzeugt wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Bewegungsprofil so ausgelegt sein, dass Schwingungsenergie aus einer bereits angeregten Schwingung abgezogen bzw. abgeleitet wird, so dass eine Schwingungsdämpfung erreicht werden kann. Eine fliehkraftreduzierende Kompensationsbewegung kann beispielsweise so aussehen, dass die Bahngeschwindigkeit einer Transporteinheit beim Übergang von einem geradlinigen Abschnitt zu einem Kurvenabschnitt der Transportstrecke reduziert wird und/oder beim Übergang von einem Kurvenabschnitt zu einem geradlinigen Abschnitt der Kurven der Transportstrecke erhöht wird. Somit können Kurvenabschnitte tendenziell langsamer durchfahren werden als gerade Abschnitte. Dadurch kann vermieden werden, dass an einem transportierten Drahtstab aufgrund von Fliehkräften ungewollte Biegungsanteile erzeugt werden, die in Abwesenheit von einer Kompensationsbewegung eine ungewollte bleibende Verformung am Drahtstab zurücklassen würden. Dadurch wird ein Beitrag dazu geleistet, dass die Geometrie des fertigen Biegeteils im Rahmen enger Toleranzen der Soll-Geometrie entsprechen kann.
Weitere Beiträge zur Erzielung höchster geometrischer Genauigkeiten der fertigen Biegeteile werden bei manchen Ausführungsformen dadurch geleistet, dass die Arbeitsstationen mindestens eine Messstation mit einem Messsystem zur Messung der Geometrie des Biegeteils nach Bearbeitung durch eine Biegestation umfassen, wobei die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, Messsignale des Messsystems zu verarbeiten und (folgende) Biegeoperationen an der Biegestation und/oder Biegeoperationen an einer nachgeschalteten Biegestation in Abhängigkeit von den Messsignalen zu steuern. Es kann somit ein geregelter Biegeprozess gefahren werden, der es im Idealfall ermöglicht, dass die Produktion im Wesentlichen nur Gutteile produziert bzw. wenig oder kein Ausschuss gefertigt wird.
Die Messstation kann einer Biegestation räumlich nachgeschaltet sein und das Biegeergebnis der räumlich vorgeschalteten Biegestation messen. Es ist auch möglich, einen Teil des Messsystems der Messstation, z.B. eine Kamera, in die Biegestation zu integrieren, um deren Biegeergebnis zu messen. Insoweit ist auch hier die Biegestation der Messstation funktional vorgeschaltet. Die Arbeitsstation kann dann als eine kombinierte Biege- und Messstation bezeichnet werden. Wird das Messsignal zur Steuerung der vorgeschalteten Biegeoperation genutzt, so können gegebenenfalls die Bearbeitungsparameter an dieser Biegestation für die Bearbeitung der nachfolgend zugeführten Drahtstäbe modifiziert werden, um einen bei der Messung festgestellten Geometriefehler nicht zu reproduzieren. In dieser Konstellation wird die Messstation als Nachmessstation genutzt. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, die Messstation als Vormessstation zu nutzen, indem die Messsignale dazu genutzt werden, bei signifikanten Abweichungen der Geometrie des Biegeteils von der Soll-Geometrie nach dem vorhergehenden Biegeschritt die nachfolgenden Biegeoperationen (eine oder mehrere) abweichend von den bisherigen Parametersätzen so zu gestalten, dass ein erkannter Geometriefehler in dem Biegeteil durch nachfolgende Biegeoperationen zumindest teilweise korrigiert wird. In dieser Konfiguration arbeitet die Messstation als Vormessstation, in der Messsignale dazu genutzt werden, die nachfolgenden Biegeoperationen (eine oder mehrere) im Hinblick auf die Reduzierung von Geometriefehlern zu modifizieren.
Die Messung kann so durchgeführt werden, dass das Messobjekt (teilweise oder fertig gebogener Drahtstab) während der Messung ruht. Damit können höchste Messgenauigkeiten erreicht werden. Mithilfe einer beweglichen Transporteinheit kann das Messobjekt aber auch während der Messung fortbewegt werden, wodurch andere Messstrategien realisierbar sind.
Dank integrierter Prüfung und Regelung der Geometriemerkmale (z.B. Schenkelstellung oder Kontaktflächeneigenschaften bei Hairpins oder Stromschienen) kann somit eine Qualitätssicherung integriert sein.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Drahtverarbeitungsanlage zum Herstellen komplex gebogener Biegeteile aus Draht. Die Drahtverarbeitungsanlage umfasst eine Stabkonfektioniermaschine zur Herstellung von geraden Drahtstäben vorgebbarer Länge aus Drahtmaterial und eine der Stabkonfektioniermaschine nachgeschaltete Biegemaschine zum Herstellen komplex gebogener Biegeteile aus den geraden Drahtstäben. Die Biegemaschine ist gemäß der beanspruchten Erfindung oder einer ihrer Ausführungsformen ausgelegt. .
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Drahtverarbeitungsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 zeigt schematisch den Bereich der Stabübergabe und der Ladestation der Biegemaschine;
Fig. 3A und 3B zeigen in 3A eine schematische Ansicht einer Biegestation mit einer Rotationszugbiegeeinheit und in 3B ein Detail im Bereich des Biegekopfs;
Fig. 4A und 4B zeigen schematisch eine Möglichkeit des Rotationszugbiegens;
Fig. 5 zeigt schematisch eine Basis-Biegeeinheit mit horizontaler Biegekopfachse;
Fig. 6 zeigt schrägperspektivisch die Entladestation der Biegemaschine.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Drahtverarbeitungsanlage 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Drahtverarbeitungsanlage 100 ist dafür eingerichtet, komplex gebogene Biegeteile in Form von Spulenelementen für Statoren von Elektromotoren („Hairpins“) herzustellen. Es wird ein Ausgangsmaterial (auch als Werkstück bezeichnet) verarbeitet, das ein drahtförmiges elektrisch leitendes Trägermaterial (z.B. aus Kupfer) mit im Wesentlichen rechteckiger Querschnittsform aufweist, welches von einer elektrisch nicht leitenden Isolationsschicht aus Lack, Thermoplast o.dgl. umhüllt ist. Das Werkstück wird nachfolgend auch kurz als „Draht“ D oder isolierter Draht bezeichnet. Die Drahtverarbeitungsanlage ist grundsätzlich auch zur Verarbeitung von Rundmaterial (isoliert oder ohne Isolierung) geeignet.
Die computernumerisch gesteuerte, mehrachsige Drahtverarbeitungsanlage 100 hat mehrere steuerbare Maschinenachsen, ein Antriebssystem mit mehreren meist elektrischen Antrieben zum Antreiben der Maschinenachsen und eine computernumerische Steuereinrichtung 190 zur koordinierten Ansteuerung von Arbeitsbewegungen der Maschinenachsen in einem Fertigungsprozess gemäß einem für den Fertigungsprozess spezifischen, computerlesbaren Steuerprogramm. Zu einer Maschinenachse gehört mindestens ein Antrieb, z.B. ein elektrischer Motor. Der Antrieb treibt eine beweglich gelagerte Komponente der Maschinenachse an. Abhängig von der Art der Bewegung der anzutreibenden Komponente (geradlinig lineare Bewegung oder Drehbewegung) unterscheidet man zwischen translatorischen Maschinenachsen, die hier auch kurz als Linearachsen bezeichnet werden, und rotatorischen Maschinenachsen, die hier auch kurz als Rotationsachsen bezeichnet werden. Eine Linearachse kann z.B. einen linear verfahrbaren Schlitten antreiben. Eine Rotationsachse kann z.B. einen Drehtisch antreiben.
Bei dem Ausführungsbeispiel hat die Drahtverarbeitungsanlage ein mit Kleinbuchstaben x, y und z gekennzeichnetes, rechtwinkliges Maschinenkoordinatensystem MK mit einer vertikalen z-Achse und horizontalen x- und y-Achsen. Im dargestellten Beispiel verläuft die x-Achse parallel zur Durchlaufachse des Drahts. Von den Koordinatenachsen x, y und z sind die geregelt angetriebenen Maschinenachsen zu unterscheiden, die z.T. mit Großbuchstaben (zum Beispiel A-Achse) an Pfeilen bezeichnet werden. Die Pfeile oder Doppelpfeile repräsentieren die über die jeweiligen Maschinenachsen bzw. über deren Antriebe erzeugbaren Arbeitsbewegungen. Die Antriebe werden ggf. gekennzeichnet durch den entsprechenden Großbuchstaben der Achse und ein nachgestelltes „-A“, so dass z.B. der Antrieb der A-Achse mit A-A bezeichnet wird.
Das Ausgangsmaterial D liegt in Form eines gewickelten Materialvorrats (coil) vor, der im Beispielsfall auf einer Haspel 105 aufgewickelt ist. Bei anderen Ausführungsformen ist keine Haspel vorgesehen, der Materialvorrat kann auch in einem z.B. tonnenförmigen Speicher liegen und daraus abgezogen werden.
Das Werkstück tritt in eine Stabkonfektioniermaschine 200 mit integrierter Abisoliereinrichtung 250 ein. Die Stabkonfektioniermaschine umfasst in dieser Reihenfolge entlang der Durchlaufachse des Werkstücks eine Richteinheit 220, eine Längenmesseinrichtung 230, die mit einer Fräseinrichtung 240 ausgestattete Abisoliereinrichtung 250, eine dieser nachgeschaltete Bürsteinrichtung 260, eine dieser nachgeschaltete Einzugseinrichtung 270 sowie eine der Einzugseinrichtung nachgeschaltete Schnitteinrichtung 280. Die Stabkonfektioniermaschine 200 hat eine eigene Basis 205, auf bzw. an der die genannten Komponenten installiert sind.
Die Richteinrichtung 220 hat zwei hintereinandergeschaltete Richtapparate mit Richtrollen, die das durchtretende Werkstück nacheinander in zwei zueinander senkrechten Richtungen bearbeiten und dadurch richten. Die Längenmesseinrichtung 230 hat ein Messrad und ein gegenüberliegendes Laufrad und erlaubt eine exakte Messung der zu den nachfolgenden Einheiten geförderten Werkstücklänge. Die Vorschubbewegung wird mithilfe der hinter der Abisoliereinrichtung 250 angeordneten Einzugseinrichtung 270 erzeugt, die das Werkstück mit über die Steuerung 190 vorgebbarem Einzugsprofil durch die vorgeschalteten Einrichtungen hindurchzieht und zur nachgeschalteten Schnitteinrichtung 280 fördert. Die Vorschubkraft in Einzugsrichtung (x-Richtung) entsteht dabei durch Reibung zwischen Einzugswalzen der Einzugseinrichtung und dem Draht. Bei anderen Ausführungsformen ist ein Riemeneinzug oder ein Zangeneinzug mit hin und her bewegtem Greifer vorgesehen.
Die Schnitteinrichtung 280 ist der Einzugseinrichtung unmittelbar nachgeschaltet, innerhalb der Abisoliereinheit 200 findet keine biegende Umformung des Flachmaterials statt, so dass die Schnitteinrichtung gerade Drahtstäbe DS vorgebbarer Länge vom zugeführten, teilweise abisolierten Draht abtrennt.
Diese werden dann einzeln nacheinander mithilfe einer Stabübergabeeinrichtung 290 zu einer nachgeschalteten Biegemaschine 300 transportiert. Die Längsrichtung (Richtung der Längsmittelachse) der Drahtstäbe DS verläuft dabei horizontal und parallel zur Transportrichtung der Drahtstäbe. Dies kann insbesondere bei relativ dünnen Drähten vorteilhaft sein, da dadurch ungewollte Verformungen bei beschleunigten Bewegungen vermieden werden können. Außerdem ergeben sich dadurch relativ kurze Zustellwege für Biegeeinheiten, was sich günstig auf die Verarbeitungsgeschwindigkeit auswirken kann.
Die Biegemaschine 300 hat eine eigene Basis 305, an deren Oberseite Komponenten eines Transportsystems 310 zum Transportieren aufeinanderfolgender Drahtstäbe entlang einer Transportstrecke 312 angebracht sind. Die Transportstrecke verläuft in einer horizontalen Ebene (x-y-Ebene). In Fig. 1 ist die Transportstrecke zur Veranschaulichung im Bereich der Basis 305 in schematischer Draufsicht auf die Transportebene dargestellt.
Die Transportstrecke 312 ist in Umfangsrichtung geschlossen und hat einen im Wesentlichen rechteckförmigen Verlauf mit in x-Richtung verlaufenden Längsseiten und in y-Richtung verlaufenden, kürzeren Breitseiten. In den Eckbereichen befinden sich jeweils 90°- Kurvenabschnitte.
Das Transportsystem 310 umfasst eine Vielzahl einzelner Transporteinheiten 320, beispielweise drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehr Transporteinheiten. Die Anzahl der Transporteinheiten sollte vorzugsweise mindestens der Anzahl an Arbeitsstationen entsprechen, so dass die Arbeitsschritte zeitlich parallel zueinander durchgeführt werden können. Vorzugsweise können mehr Transporteinheiten als Arbeitsstationen vorhanden sein. Jede Transporteinheit weist eine Werkstückaufnahmeeinrichtung 325 zur Aufnahme eines einzelnen Drahtstabs DS auf. Dieser verläuft im Bereich der Werkstückaufnahmeeinrichtung koaxial zu deren Aufnahmeachse sowie horizontal und parallel zu einer Durchlaufrichtung, die der lokalen Transportrichtung an der Transportstrecke entspricht. Jede Bewegung einer Transporteinheit 320 kann gemäß einem individuellen Bewegungsprofil durchgeführt werden, welches durch die Steuereinheit 190 auf Basis eines Computerprogramms vorgegeben werden kann. Der Antrieb für die Transportbewegung, d.h. für die Bewegung entlang der Transportstrecke 312, wird hierzu entsprechend angesteuert bzw. mit Leistung versorgt. Das Bewegungsprofil kann beispielsweise durch den bei der Bewegung zurückgelegten Weg, die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung der Bewegung jeweils als Funktion der Zeit oder anderer Parameter charakterisiert werden.
Die Transporteinheiten 320 werden über lineare Direktantriebe fortbewegt. Die Transportstrecke 312 ist mit einer Vielzahl von hintereinandergeschalteten Linearmotoreinheiten aufgebaut, an denen sich Führungsschienen zur Führung der horizontalen Bewegung der Transporteinheiten befinden. Die mit Strom versorgten Primärteile des Linearmotors befinden sich in der Transportstrecke 312, innerhalb der Transporteinheit 320 befinden sich passive Komponenten (Sekundärteile) der Linearmotoren, so dass eine Transporteinheit 320 keinen mitfahrenden Antrieb zur Fortbewegung entlang der Transportstrecke aufweist.
Anhand Fig. 2 wird nun die Übergabe eines Drahtstabs DS zwischen der Stabkonfektioniermaschine 200 und der Biegemaschine 300 im Bereich der Stabübergabeeinrichtung 290 erläutert. Diese umfasst einen horizontal pendelnd bewegbaren Greifer 292, der jeweils ein gerades Drahtstück DS greifen und vom Bereich der Schnitteinrichtung 280 zu einer Transporteinheit 320 des Transportsystems transportieren kann. Deren Werkstückaufnahmeeinrichtung 325 ist als elastisch nachgiebige Klemmeinrichtung ausgebildet. In einem Halterahmen 324 befindet sich mindestens ein fest montiertes unteres Klemmelement sowie gegenüberliegend ein oberes Klemmelement 327, welches mithilfe der Federkraft einer Federanordnung 328 in Richtung des gegenüberliegenden festen Klemmelements vorgespannt ist. Am oberen Klemmelement 327 ist ein durch den Halterahmen nach außen ragendes Betätigungselement 329 mit einem verbreiterten Kopf angebracht. Eine über die Steuereinheit 190 ansteuerbare Entriegelungseinrichtung 295 hat einen vertikal verschiebbaren Greifer 297, der am Betätigungselement zur Übertragung von Zugkräften angreifen kann. Der Greifer wird über einen elektrischen Antrieb O-A betätigt und bildet mit diesem die vertikale translatorische O-Achse (Doppelpfeil).
Die Entriegelungseinheit 295 ist Bestandteil einer Ladestation 360, an der die geraden Drahtstäbe DS in das Transportsystem 310 geladen werden. Dazu wird eine Transporteinheit 320 in die gezeigte Beladestellung gefahren. Der Greifer 297 greift am Betätigungselement an und zieht mit dessen Hilfe das obere Klemmelement 327 gegen die Kraft der Federanordnung 328 nach oben, so dass eine entriegelte Konfiguration erreicht wird und der Drahtstab DS ohne Überwindung eine Widerstands horizontal in die geöffnete Klemmeinrichtung (Werkzeugaufnahmeeinrichtung 325) eingeführt werden kann. Ist die gewünschte Position erreicht, wird die Klemmeinrichtung in eine verriegelte Konfiguration überführt, indem das Betätigungselement 329 freigegeben wird. Die Werkstückhaltevorrichtung 325 hält das Werkstück dann mit der Kraft des Federpakets 328 fest, wobei die Haltekräfte über eine relativ lange Einspannlänge wirken. Dann fährt die Transporteinheit 320 mit dem eingespannten Drahtstab entlang der Transportstrecke zu einer ersten Arbeitsstation der Biegemaschine. Diese ist eine Biegestation 320-1 , die die erste Biegestation der Transportstrecke ist..
Die Biegemaschine 300 hat in der beispielhaften Konfiguration drei entlang der Transportstrecke 312 nacheinander angeordnete Biegestationen, nämlich eine erste Biegestation 320-1 , eine in Transportrichtung dahinter angeordnete zweite Biegestation 320-2 und eine mit größerem Abstand in Transportrichtung dahinter angeordnete dritte Biegestation 320-3. Entlang der Transportstrecke können auch weitere Biegestationen angebracht werden, so dass beispielsweise vier, fünf, sechs, sieben oder acht Biegestationen vorliegen können. Biegestationen können an jeder Seite der Transportstrecke in unterschiedlichen Positionen entlang der Transportstrecke angebracht werden. Auf dem Maschinenbett sind dazu entsprechende Befestigungsstrukturen vorbereitet. Während des Betriebs können die Biegestationen parallelisiert, d.h. mindestens phasenweise zeitgleich arbeiten, wodurch hohe Stückleistungen möglich werden.
An jeder Biegestation ist eine Biegeeinheit angeordnet, mit der eine Biegeoperation am Drahtstab vorgenommen werden kann. Es gibt in der gezeigten Konfiguration zwei unterschiedliche Typen von Biegeeinheiten. An der ersten Biegestation 320-1 ist eine Basis- Biegeeinheit 340-2 (Biegeeinheit des zweiten Typs) angebracht, und zwar mit horizontaler Biegekopfachse (vgl. Fig. 5). An der zweiten Biegestation 320-2 ist eine Rotationszugbiegeeinheit 340-1 (Biegeeinheit des ersten Typs) angebracht, und zwar mit vertikal ausgerichteter Biegekopfachse (vgl. Fig. 3A). In einem größeren Abstand dahinter ist an der dritten Biegestation 320-3 wieder eine Basis-Biegeeinheit 340-2 angebracht, allerdings mit vertikaler Biegekopfachse.
Jede Biegestation ist außerdem dafür eingerichtet, am dort gefertigten Biegeteil Geometrievermessungen durchzuführen. Fig. 1 zeigt dazu die Kameras 355 der zugeordneten Messsysteme. Damit können die Biegestationen gleichzeitig auch als Messstationen der Biegemaschine fungieren. Bei anderen Ausführungsbeispielen gibt es gesonderte Messstationen, die einer Biegestation mit Abstand nachgeschaltet sind. Es gibt auch Ausführungsformen ohne Messsystem. Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Biegestation mit einer Rotationszugbiegeeinheit 340-1. Die Fig. 4A und 4B erläutern schematisch eine Möglichkeit des Rotationszugbiegens. Die Biegeeinheit 340-1 ist als Rotationszugbiegeeinheit konfiguriert. Dies bedeutet, dass es mithilfe der Maschinenachsen dieser Rotationszugbiegeeinheit und einem entsprechenden Rotationszugbiegewerkzeug möglich ist, den Drahtstab mittels Rotationszugbiegen umzuformen. Dadurch können höchste geometrische Genauigkeiten erzielt werden. Außerdem ergibt sich bei der Verarbeitung von isolierten Drähten, wie sie beispielsweise für Hairpins oder Stromschienen verwendet werden, ein relativ geringes Risiko, dass die Isolationsschicht, beispielsweise eine Lackschicht, verletzt wird.
Die Rotationszugbiegeeinheit 340-1 umfasst einen Biegekopf 345, der mithilfe eines elektrischen Antriebs (Biegeantrieb Y-A) um die Biegekopfachse 342 bidirektional gedreht werden kann. Die zugehörige rotative Maschinenachse ist die Y-Achse.
Der Biegekopf kann mithilfe eines Zustellantriebs Z-A (Antrieb der translatorischen Z-Achse) parallel zur Biegekopfachse 342 bewegt werden. Damit kann der Biegekopf durch Bewegung radial zur Durchlaufrichtung der Drahtstäbe zum Biegeeingriff zugestellt oder außer Eingriff mit dem Drahtstab gebracht werden.
Im eingerichteten Zustand (ausgestattet mit Rotationszugbiegewerkzeug), trägt der Biegekopf 345 eine Biegeform 346, die beim Rotationszugbiegen mithilfe der Y-Achse um die Biegekopfachse 342 gedreht werden kann.
Die den Biegekopf umfassende Einheit wird von einem Schlitten getragen, der an horizontalen Führungsschienen läuft, welche an der Vorderseite eines maschinenfest montierten Trägers angebracht sind. Die vom Schlitten getragenen Komponenten können mithilfe eines entsprechenden Antriebs X-A parallel zur Durchlaufachse bzw. zur Transportrichtung verfahren werden kann (X-Achse).
Die Rotationszugbiegeeinheit 340-1 hat im Beispielsfall zusätzlich eine über Antrieb B-A angetriebene Linearachse (B-Achse), die dafür eingerichtet ist, den Biegekopf 345 senkrecht zur Durchlaufrichtung bzw. Transportrichtung horizontal zu verschieben.
Eine weitere Maschinenachse (W-Achse) ist für die Betätigung einer Spanneinrichtung 347 vorgesehen, mit welcher ein Abschnitt des Drahtstabs gegen den Umfang der Biegeform gespannt werden kann. Für das Rotationszugbiegen wird der Draht zwischen der Biegeform 346 und einem Spannelement der Spanneinrichtung 347 eingeklemmt. Dann drehen sich die Biegeform, die Spanneinrichtung und der dazwischen eingeklemmte Draht synchron.
Im Beispielsfall ist die Maschinenachse zur Betätigung der Spanneinrichtung 347 eine Rotationsachse (W-Achse), die unabhängig von der Y-Achse angesteuert wird und eine Komponente des Rotationszugbiegewerkzeugs trägt. Eine relative Verdrehung der W-Achse relativ zur Y-Achse erzeugt eine Bewegung eines an einem Schwenkhebel angebrachten Spannelements bis zur Klemmung des Drahts. Die W-Achse steuert somit die Drahtklemmung. Dann drehen sich die Biegeform, die Spanneinrichtung und der dazwischen eingeklemmte Draht synchron. Entsprechende Einrichtungen für eine Exzenterklemmung sind beispielsweise in der EP 2 208 549 A1 der Anmelderin gezeigt.
Bei anderen Ausführungsformen kann die Betätigung der Spanneinrichtung auch durch eine Linearachse bewirkt werden, die eine lineare Verschiebung eines Spannelements der Spanneinrichtung in Richtung der Biegeform 346 und zurück bewirkt.
Die Biegestation 320-1 hat keine eigene Werkstückaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme des zu biegenden Drahtstücks. Dieses wird während der Biegeoperation von der Werkstückaufnahmevorrichtung 325 derjenigen Transporteinheit 320 gehalten, die sich in der Bearbeitungsposition (vgl. Fig. 3) befindet. Um sicherzustellen, dass das Drahtstück nicht während der Biegeoperation aufgrund der auftretenden Kräfte innerhalb der relativ nachgiebig einklemmenden Werkstückhaltevorrichtung 325 verrutscht, hat die Biegestation eine Klemmeinrichtung 350 mit einem über einen z.B. pneumatischen oder elektrischen Klemmantrieb linear verschiebbaren Klemmbacken 352 und einem gegenüberliegenden festen Klemmbacken. Mithilfe der Klemmeinrichtung kann eine Kraft auf das bewegliche Halteelement 327 der Werkstückaufnahmevorrichtung 325 ausgeübt werden, wodurch das Drahtstück auszugssicher in der Werkstückaufnahmevorrichtung 325 eingeklemmt wird. Wenn die Klemmeinrichtung 350 greift, werden alle über den Draht auf die Werkstückhaltevorrichtung geleiteten Kräfte durch die Klemmeinrichtung aufgenommen, so dass die Transporteinheit 320 von den Biegekräften entlastet wird und dementsprechend keine besonderen konstruktiven Maßnahmen für hohe mechanische Stabilität benötigt werden.
Die Werkstückaufnahmeeinrichtung 325 einer Transporteinheit 320 bzw. deren werkstückberührenden Komponenten sind um eine Aufnahmeachse drehbar gelagert ist. Diese verläuft bei einer Biegeoperation parallel zur Durchlaufrichtung. Im Beispielsfall sind die Halteelemente der Werkstückaufnahmevorrichtung 325 einer Transporteinheit 320 in einer drehbaren Hülse gelagert, so dass die Werkstückaufnahmevorrichtung bzw. deren Halteelemente um die Längsrichtung des aufgenommenen Drahtstabs bzw. um die Durchlaufrichtung, drehbar ist. Die Biegeeinheit 340-1 ist so ausgelegt, dass sie bei Bedarf eine Drehung der werkstückberührenden Komponenten der Werkstückhaltevorrichtung 325 um die Längsachse des Drahts erzeugen kann. Hierzu ist in der Tragestruktur der Biegeeinheit eine Kreisbogenführung 354 montiert, über die die Klemmeinrichtung 350 als Ganzes um eine Drehachse gedreht werden kann, die mit der Durchlaufachse der Drahtstäbe zusammenfällt. Die entsprechende rotative Maschinenachse ist die A-Achse.
Damit ist es unter anderem möglich, die Halteelemente während des Rotationszugbiegens um die Achse des gehaltenen Drahtabschnitts zu drehen, so dass am Drahtstück nicht nur eine Biegung entsteht, sondern gleichzeitig auch ein tordierter Abschnitt, also eine bleibende Verformung des Drahtstabs, der durch Torsion bzw. Verdrillen des Drahtstabs entsteht.
Anhand von Fig. 4A und 4B wird eine Variante des Rotationszugbiegens mit gleichzeitiger Verdrillung erläutert. Fig. 4A zeigt eine axiale Ansicht des Biegekopfs 345 mit der Biegeform 346 und einem in Richtung der Biegeform zustellbaren Spannelement 348 der Spanneinrichtung 347. Fig. 4A zeigt die Situation vor dem Biegen, wobei das Drahtstück DS noch gerade ist. Auf der Zufuhrseite ist das Drahtstück durch die Werkstückaufnahmevorrichtung 325 der Transporteinheit gehalten, wobei die Werkstückaufnahmevorrichtung mithilfe der Klemmeinrichtung 350 eingeklemmt ist.
Eine Rotationszugbiegeoperation kann nun so ablaufen, dass an der Biegeform 346 ein Abschnitt des Drahtstücks eingespannt wird und durch Drehung der Biegeform 345 die Biegung dadurch entsteht, dass das Drahtstück um die formgebende Kontur der Biegeform 346 ohne relatives Verrutschen herumgezogen wird. Dabei gerät der Drahtabschnitt zwischen dem Biegekopf 345 und der Klemmeinheit 350 unter Zugspannung. Um zu verhindern, dass der Draht dadurch gelängt wird, wird durch axiales Verfahren der Biegeeinheit mithilfe der X-Achse eine Ausgleichsbewegung erzeugt. Bei der Biegeoperation dient die Werkstückaufnahmeeinrichtung 325 als Gegenhalter, der dafür sorgt, dass der gehaltene Drahtabschnitt seine Orientierung während des Biegens beibehält. Dies trägt zur hohen Präzision bei den erzielbaren Biegewinkeln bei.
Alternativ kann die Ausgleichsbewegung auch durch gesteuertes Bewegen der Transporteinheit synchron mit den Rotationszugbiegebewegungen des Biegekopfs realisiert werden.
Bei manchen Ausführungsformen des ersten Typs gibt es noch eine in Fig. 3A nicht dargestellte, aber in Fig. 4B und 4B schematisch gezeigte Drehmomentstützeinrichtung 335, die bei Bedarf mithilfe einer z.B. pneumatisch angetriebenen Linearachse radial zur Durchlaufrichtung z.B. horizontal zustellbar ist und im zugestellten Zustand im Bereich zwischen dem Biegekopf und der Werkstückaufnahmevorrichtung der Transporteinheit am Draht klemmend angreifen kann, um Reaktionskräfte beim Biegen und ggf. beim Drehen aufzunehmen. Die Drehmomentstützeinrichtung 335 kann mithilfe einen weiteren, z.B. pneumatischen Linearachse parallel zur Durchlaufrichtung verfahren werden, z.B. um einen gewünschten Abstand zwischen der Einspannstelle an der Drehmomentstützeinrichtung und dem Biegekopf zu erhalten. Dieser Abstand bleibt während des Rotationszugbiegens konstant unabhängig vom Abstand der Transporteinheit zum Biegekopf. Der Abstand der Transporteinheit zum Biegekopf ergibt sich aus dem Abstand der Einspannposition an der Werkstückhalteeinrichtung 325 der Transporteinheit und der aktuellen Biegung, die erzeugt werden soll.
Soll nun durch „Twisten“ bzw. Verdrillen ein tordierter Abschnitt erzeugt werden, so wird während wenigstens einer Phase der Drehung des Biegekopfs 345 mithilfe der A-Achse auch die Klemmeinrichtung 350 verdreht, so dass zwischen dem eingeklemmten Abschnitt am Biegekopf 345 und dem eingeklemmten Abschnitt in der Werkstückaufnahmeeinrichtung 325 ein tordierter Abschnitt TA erzeugt wird. Bei Varianten mit Eingriff der Drehmomentabstützeinrichtung rotiert die Drehmomentabstützeinrichtung beim Twisten über die A-Achse mit, so dass nur der Bereich nahe an der Biegeform verdreht wird.
Eine Basis-Biegeeinheit 340-2, also eine Biegeeinheit vom zweiten Typ, kann konstruktiv einfacher aufgebaut sein, da eine Maschinenachse zur Betätigung einer Spannvorrichtung für die Drahtklemmung entfallen kann. Fig. 5 zeigt schematisch eine Basis-Biegeeinheit 340-2 mit horizontaler Biegekopfachse 542. Eine Rotationsachse mit einem Biegeantrieb Y-A ist dafür vorgesehen, ein am Biegekopf 545 angebrachtes Biegewerkzeug, das in radialem Abstand zur Biegekopfachse einen Biegestift 547 aufweist, um die Biegekopfachse 542 und damit um den Biegedorn 546 zu drehen. Die Z-Achse ist eine Maschinenachse mit einem Zustellantrieb Z-A, der den Biegekopf parallel zur Biegekopfachse bewegen kann. Damit kann der Biegekopf in Eingriff mit dem Draht gefahren und außer Eingriff gebracht werden. Im Beispielsfall ist noch eine X-Achse zur Verschiebung der Biegeeinheit parallel zur Durchlaufrichtung sowie eine Linearachse (B-Achse) zum linearen Verfahren senkrecht zur Durchlaufrichtung (im Beispielsfall in vertikaler Richtung) vorgesehen. Damit kann durch „Stift-Dorn-Biegen“ eine ebene Biegung im Draht erzeugt werden. Eine Klemmeinrichtung ist ebenfalls vorgesehen, jedoch aus Darstellungsgründen in Fig. 5 weggelassen. Diese braucht nicht drehbar gelagert zu sein, so dass eine A-Achse nicht vorhanden ist. Derartige Biegeeinheiten ermöglichen ein formfreies Biegen, bei dem im Rahmen konstruktiver Grenzen unterschiedliche Biegegeometrien ohne Umrüsten der Biegestation allein durch Änderung der Ansteuerung realisierbar sind. Dadurch wird hohe Flexibilität bezüglich erzielbarer Biegegeometrien erreicht
In der Konfiguration von Fig. 1 hat die der Stabübergabeeinrichtung 290 unmittelbar folgende erste Biegestation 320-1 eine Basis-Biegeeinheit mit horizontaler Biegekopfachse zum Beispiel entsprechend Fig. 5. Danach folgt mit relativ geringem Abstand eine Rotationszugbiegeeinheit (erster Typ) mit vertikaler Biegekopfachse (vgl. Fig. 3A), bevor für eine dritte Biegeoperation mit größerem Abstand eine weitere Biegestation mit einer Basis-Biegeeinheit folgt, die mit vertikaler Biegekopfachse angebracht ist. Damit sind sowohl die Biegekopfachsen der ersten und der zweiten Biegestation als auch die Biegekopfachsen der ersten und der dritten Biegestation jeweils orthogonal zueinander. Hierdurch können gegebenenfalls auch komplexe dreidimensionale Biegegeometrien mit unterschiedlichen Biegeebenen erzeugt werden, ohne dass der Drahtstab um große Winkel gedreht werden muss.
Im Beispielsfall von Fig. 1 werden drei aufeinanderfolgende Biegeoperationen durchgeführt, bevor das fertig gebogene Biegeteil an einer Entladestation 380 aus seiner Transporteinheit genommen wird. Fig. 6 zeigt schrägperspektivisch eine Entladestation 380, in welcher die Stabentnahme aus der Biegemasche 300 erfolgt. Der Aufbau ist insoweit ähnlich wie bei der Ladestation 360, als eine Einheit mit M-Achse zum Entriegeln der Werkstückaufnahmevorrichtung 325 der Transporteinheit 320 vorgesehen ist, mit der die Werkstückaufnahmevorrichtung gegen die Kraft des Federpakets 328 geöffnet werden kann. Der fertig gebogene Drahtstab, also das gewünschte Biegeteil, wird vorher durch den Greifer 692 einer Stabentnahmeeinrichtung 690 gegriffen, der das fertig gebogene Biegeteil ergreift und zur Weiterbearbeitung oder Weiterverarbeitung transportiert.
Zur Sicherstellung einer gleichbleibend hohen Qualität der fertigen Biegeteile ist für jede Biegestation ein Messsystem vorgesehen, mit welchem geometrische Parameter des gebogenen Drahtstabs nach Abschluss der Biegeoperation erfasst und der Steuereinheit 190 in Form von Messsignalen oder daraus abgeleiteten Messdaten gemeldet werden. Diese führt einen Soll-Ist-Vergleich der Geometrien durch und kann dann bei zu starken Abweichungen der gemessenen Ist-Geometrie von der in der Steuereinheit hinterlegten Soll-Geometrie in diesem Stadium Biegeparameter der zugeordneten Biegestation verändern, so dass bei einem nachfolgenden Drahtstück die Biegegeometrie mit geringerem Fehler erzeugt werden kann. Das Messsignal einer Messstation kann auch dazu genutzt werden, Biegeparameter an einer folgenden Biegestation so zu ändern, dass ein eventuell an einer Biegestation entstandener Fehler an einer oder mehreren nachfolgenden Biegestationen teilweise oder vollständig korrigiert werden kann.
Das Transportsystem 310 mit den individuell steuerbaren Transporteinheiten 320 ermöglicht eine optimale räumliche Verteilung von Biegestationen mit ungleichen Abständen entlang der Transportstrecke. Dadurch kann ein insgesamt kompakter Aufbau mit relativ geringem Platzbedarf erreicht werden. Auch die Produktivität kann durch das Transportsystem 310 gesteigert werden, indem die insgesamt erforderlichen Transportzeiten (Nebenzeiten) verkürzt werden, so dass mehr Zeit (Hauptzeit) für die Biegeoperationen verbleibt. So kann beispielsweise ein Biegeteil nach einer relativ lang dauernden Biegeoperation schneller zur nachfolgenden Biegestation transportiert werden als im Fall einer relativ kurzen Biegeoperation. Außerdem können einige Transporteinheiten fortbewegt werden, während andere Transporteinheiten noch an ihren Biegestationen stationär verbleiben, weil die Biegeoperation noch nicht abgeschlossen ist. Schließlich kann der Rücktransport einer Transporteinheit zwischen der Entladestation 380 und der Ladestation 360 sehr schnell erfolgen, so dass für die produktiven Biegeoperationen keine Wartezeit entsteht. Gegenüber Systemen mit fester Taktung, wie beispielsweise einem Rundtakt-Transportsystem, ergeben sich also durch die variable Taktung erhebliche praktische und wirtschaftliche Vorteile.
Die Biegestationen nutzen Vorteile des 3D-Biegens ohne formgebundene Werkzeuge und erlauben einen flexiblen Wechsel zwischen verschiedenen Hairpin-Geometrien - und auch zwischen verschiedenen Geometrien von Biegeteilen, die für andere Anwendungszwecke vorgesehen sind. Die Biegemaschine zeichnet sich u.a. durch hohe Ausbringungsleistung bei geringen Platzbedarf und wirtschaftlichen Investitionskosten aus.

Claims

- 24 - Patentansprüche
1. Biegemaschine (300) zum Herstellen komplex gebogener Biegeteile aus geraden Drahtstäben (DS) umfassend: eine computernumerische Steuereinheit (190); ein Transportsystem (310) zum Transportieren aufeinanderfolgender Drahtstäbe entlang einer Transportstrecke (312), wobei das Transportsystem eine Vielzahl von Werkstückaufnahmeeinrichtungen (325) zur Aufnahme jeweils eines einzelnen Drahtstabs aufweist; mehrere Arbeitsstationen, die entlang der Transportstrecke (312) angeordnet sind, wobei mindestens zwei der Arbeitsstationen als Biegestationen (320-1 , 320-2, 320-3) ausgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Biegestation (320-2) eine Biegeeinheit aufweist, welche als Rotationszugbiegeeinheit (340-1) konfiguriert ist.
2. Biegemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationszugbiegeeinheit (340-1) einen Biegekopf (345) aufweist, der mittels eines Biegeantriebs (Y-A) um eine Biegekopfachse (342) drehbar ist und mittels eines Zustellantriebs (Z-A) parallel zu der Biegekopfachse (342) bewegbar ist, wobei die Rotationszugbiegeeinheit zusätzlich eine Maschinenachse (W-Achse) zur Betätigung einer Spanneinrichtung (347) aufweist, die zur Spannung eines Abschnitts des Drahtstabs gegen einen Umfangsabschnitt einer im eingerichteten Zustand am Biegekopfs angebrachten Biegeform (346) ausgebildet ist.
3. Biegemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationszugbiegeeinheit (340-1) zusätzlich eine Linearachse (X-Achse) zur Verschiebung des Biegekopfs (345) parallel zu einer Durchlaufrichtung des Drahtstabs (DS) aufweist.
4. Biegemaschine nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationszugbiegeeinheit (340-1) zusätzlich eine Linearachse (B-Achse) zur Verschiebung des Biegekopfs senkrecht zur Durchlaufrichtung aufweist.
5. Biegemaschine nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationszugbiegeeinheit (340-1) zusätzlich eine Rotationsachse (A-Achse) zur Drehung einer Klemmeinrichtung (350) der Biegeeinheit um die Durchlaufrichtung aufweist.
6. Biegemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Biegestation (320-2) eine Basis-Biegeeinheit (340-2) aufweist, die einen Biegekopf (545) aufweist, der mittels eines Biegeantriebs (Y-A) um eine Biegekopfachse (542) drehbar ist und mittels eines Zustellantriebs (Z-A) parallel zu der Biegekopfachse bewegbar ist, wobei keine Maschinenachse zur Betätigung einer Spanneinrichtung vorgesehen ist, die zur Spannung eines Abschnitts des Drahtstabs gegen einen Umfangsabschnitt einer am Biegekopf angebrachten Biegeform ausgebildet ist.
7. Biegemaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegekopfachsen (342, 542) einer Rotationszugbiegeeinheit (340-1) und einer Basis-Biegeeinheit (340-2) quer, insbesondere orthogonal zueinander ausgerichtet sind.
8. Biegemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Transportstrecke unmittelbar aufeinanderfolgende Biegestationen (320-1 , 320- 2, 320-3) wenigstens zum Teil in unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sind.
9. Biegemaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportsystem eine Vielzahl von Transporteinheiten (320) aufweist, die jeweils eine Werkstückaufnahmeeinrichtung (325) zur Aufnahme eines einzelnen Drahtstabes (DS) aufweisen, wobei jede Transporteinheit mittels der Steuereinheit (190) gemäß einem individuellen Bewegungsprofil entlang der Transportstrecke (312) bewegbar ist.
10. Biegemaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportsystem (310) eine Transportstrecke (312) mit mindestens einer Linearmotoreinheit und Führungsschienen zur Führung der Bewegung der Transporteinheiten (320) aufweist und dass die Transporteinheiten über die Linearmotoreinheit unter Steuerung durch die Steuereinheit (190) magnetisch entlang der Führungsschienen bewegbar sind und/oder dass eine Transporteinheit (320) keinen mitfahrenden Antrieb zur Fortbewegung entlang der Transportstrecke (312) aufweist und/oder dass die Transportstrecke (312) eine geschlossene T ransportstrecke ist.
11. Biegemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass werkstückberührende Komponenten der Werkstückaufnahmeeinrichtung (325) um eine Aufnahmeachse der Werkstückaufnahmeeinrichtung drehbar gelagert sind.
12. Biegemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückaufnahmeeinrichtung (325) einer Transporteinheit (320) eine Klemmeinrichtung mit wenigstens einem beweglich gelagerten Klemmelement (327) und einem damit gekoppelten Betätigungselement (329) aufweist, wobei die Klemmeinrichtung durch Betätigen des Betätigungselements (329) zwischen einer verriegelten Konfiguration und einer entriegelten Konfiguration umstellbar ist, wobei vorzugsweise das bewegliche Halteelement mittels einer Federanordnung (328) elastisch in die verriegelte Konfiguration vorgespannt ist.
13. Biegemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Arbeitsstationen eine Ladestation (360) zur Übernahme von geraden Drahtstäben (DS) von einer vorgeschalteten Einheit (200) zur Bereitstellung gerader Drahtstäbe in die Biegemaschine (300) ist, wobei die Ladestation vorzugsweise eine über die Steuereinheit (190) steuerbare Betätigungseinrichtung zur Betätigung des beweglichen Klemmelements (327) einer Transporteinheit (320) aufweist und/oder dass eine der Arbeitsstationen eine Entladestation (360) zur Übergabe von Biegeteilen von der Biegemaschine zu einer nachgeschalteten Einheit ist, wobei die Entladestation vorzugsweise eine über die Steuereinheit (190) steuerbare Betätigungseinrichtung zur Betätigung des beweglichen Klemmelements (327) einer Transporteinheit (320) aufweist.
14. Biegemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Biegestation (320-1 , 320-2, 320-3) derart konfiguriert ist, dass die Werkstückaufnahmeeinrichtung (325) einer in Bearbeitungsposition gefahrenen Transporteinheit (320) als funktionaler Bestandteil einer Werkstückaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines Drahtstabs für eine Biegeoperation fungiert und/oder dass eine Biegestation keine Werkstückaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines Drahtstabs für eine Biegeoperation aufweist.
15. Biegemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Biegestation eine Klemmeinrichtung (350) aufweist, die dafür eingerichtet ist, an der Werkstückaufnahmeeinrichtung (325) einer in Bearbeitungsposition gefahrenen Transporteinheit (320) derart anzugreifen, dass bei einer Biegeoperation entstehende Bearbeitungskräfte von der Klemmeinrichtung (350) der Biegestation aufgenommen werden, wobei vorzugsweise die Klemmeinrichtung (350) der Biegestation eine durch die Klemmeinrichtung der Werkstückaufnahmeeinrichtung auf den Drahtstab ausgeübte Klemmkraft verstärkt.
16. Biegemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Steuereinheit (190) derart konfiguriert ist, dass das individuelle Bewegungsprofil einer Transporteinheit (320) während einer Bewegung entlang der Transportstrecke (312) in mindestens einem Kompensationszeitintervall eine schwingungsvermeidende und/oder - 27 - schwingungsdämpfende und/oder fliehkraftreduzierende Kompensationsbewegung der Transporteinheit (320) umfasst, wobei vorzugsweise die Bahngeschwindigkeit einer Transporteinheit (320) beim Übergang von einem geradlinigen Abschnitt zu einem Kurvenabschnitt der Transportstrecke (312) reduziert wird.
17. Biegemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsstationen mindestens eine Messstation mit einem Messsystem zur Messung der Geometrie des Biegeteils nach Bearbeitung durch Biegestation umfassen, wobei die Steuereinheit (190) dazu konfiguriert ist, Messsignale des Messsystems zu verarbeiten und folgende Biegeoperationen an der Biegestation und/oder Biegeoperationen an einer nachgeschalteten Biegestation in Abhängigkeit von den Messsignalen zu steuern.
18. Drahtverarbeitungsanlage (100) zum Herstellen komplex gebogener Biegeteile aus Draht (D) umfassend: eine Stabkonfektioniermaschine (200) zur Herstellung von geraden Drahtstäben (DSS) vorgebbarer Länge aus Drahtmaterial; eine der Stabkonfektionieranlage (200) nachgeschaltete Biegemaschine (300) zum Herstellen komplex gebogener Biegeteile aus den geraden Drahtstäben, wobei die Biegemaschine (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgelegt ist.
19. Drahtverarbeitungsanlage (100) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabkonfektioniermaschine (200) eine Einzugseinrichtung (270) zum Einziehen des Drahts von einem Materialvorrat, eine Richteinrichtung (220) zum Richten des Drahts vor Eintritt in die Einzugseinrichtung und eine Schnitteinrichtung (280) zum Abtrennen des Drahtstabs von dem zugeführten Draht aufweist, wobei vorzugsweise die Stabkonfektioniermaschine zur Verarbeitung von isoliertem Draht ausgelegt ist und eine integrierte Abisoliereinrichtung (250) zum Abisolieren von Abschnitten des isolierten Drahts vor Abtrennen des Drahtstabes von dem zugeführten Draht aufweist.
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