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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Biegen eines Metallbleches zur Herstellung zumindest
einer Biegung mit mindestens einem vorbestimmten Biegewinkel zwischen
benachbarten Teilen des Metallbleches durch eine Biegemaschine mit einem
Oberstempel und einer Matrize. Weiterhin betrifft die vorliegende
Erfindung eine Biegemaschine zum Biegen eines Metallbleches zur
Herstellung zumindest einer Biegung, mit vorbestimmten Biegewinkel
zwischen benachbarten Teilen des Metallbleches.
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Biegevorgänge wurden bisher derart durchgeführt, daß ein zu
biegendes Metallblech zwischen einem Oberstempel und einer Matrize
eingelegt wurde. Die Matrize hat einen vertieften Sitz und der Oberstempel
dringt in den vertieften Sitz der Matrize während der relativen Bewegungen
in einem gewissen Maße
unter Steuerung einer zentralen Steuereinheit einer Biegemaschine
ein. Die Steuerung erfolgt auf der Basis von Parametern, wie der
Sorte des Metallbleches und der Dicke desselben, des gewünschten
Biegewinkels usw., bei der die Größe der Relativbewegung von
Oberstempel zu Matrize vorgegeben wird, nachdem das Metallblech
in stationärem Kontakt
mit der Matrize gebracht worden ist.
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Demgemäß dringt der Stempel in das
Metallblech gegen den vertieften Sitz der Matrize um einen vorbestimmten
Weg ein. Daher wird das Metallblech an Teilen im Sitz gebogen. Die
Genauigkeit der Biegewinkel hängt
natürlich
davon ab, wie weit der Stempel in den vertieften Sitz eindringt.
Je tiefer der Stempel eindringt, desto höher ist die Genauigkeit. Eine
vergleichbare Biegepresse ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 31 48 744 A1 bekannt.
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Die beschriebene Biegemaschine ermöglicht es
jedoch nicht, genaue Biegewinkel bei einem einzigen Biegevorgang
zu erzielen. Während
der plastischen Verformung behält
das Metallblech eine restliche, elastische Rückstellung bei, die nach der
Trennung von Oberstempel und Matrize zu einer elastischen Rückstellung
des Metallbleches mit einer hieraus resultierenden Verminderung
des zuvor erzielten Biegewinkels des Metallblechs selbst führt. Ob gleich diese
Erscheinung an sich bekannt ist und mit Hilfe von geeigneten Korrekturkoeffizienten
berücksichtigt wird,
wenn die Biegeparameter bestimmt werden, so ist es dennoch unmöglich, theoretisch
die tatsächliche
Stärke
dieser Erscheinung vorauszusagen und diese vollständig auszugleichen
und zu korrigieren. Wenn daher genaue Biegewinkel erforderlich sind,
ist es notwendig, nach dem Biegen eine Messung des erhaltenen Winkels
vorzunehmen und dann möglicherweise
einen zweiten und korrigierenden Biegevorgang auszuführen. Dieser
Umstand führt
natürlich zu
einer Verlangsamung des Biegevorganges und zu einer Verkomplizierung
der Herstellungsschritte sowie zu größeren Herstellungskosten.
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Aus der Druckschrift
JP 60 247 415 A ist eine Biegemaschine
mit einem Oberstempel und einer Matrize zum Biegen eines Metallblechs
und eine entsprechende Vorrichtung zur Erfassung eines Biegewinkels
zwischen zumindest zwei benachbarten Abschnitten des Metallblechs
bekannt. Diese Biegemaschine bzw. diese Vorrichtung weist vier im
wesentlichen unabhängige
Sensoren auf, die auf der Seite der Matrize angeordnet sind. Diese
vier Sensoren erzeugen jeweils ein Signal in Abhängigkeit des Abstandes des
jeweiligen Sensors von dem gebogenen Metallblech. Diese vier Signale
werden zu einer Biegewinkelermittlungseinrichtung übertragen,
um den jeweiligen Biegewinkel festzustellen.
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Die Matrize gemäß dem Stand der Technik weist
ein Gesenk mit zwei Wandflächen
auf, die während
des Biegevorgangs in Anlage mit dem Metallblech gebracht werden.
Jeweils zwei der Sensoren sind auf der Seite jeder Wandfläche der
Matrize angeordnet. Die Sensoren werden durch einen separaten Halter
gehalten, wobei Tangenten an die paarweise angeordneten Sensoren
einen vorgegebenen Winkel definieren. Dieser durch die Lage der
Sensoren festgelegte Winkel, der sich von dem Gesenkwinkel unterscheidet,
dient als Grundlage zur Ermittlung des Biegewinkels des Metallblechs.
Die paarweise angeordneten Sensoren sind von dem Scheitel des Gesenks
derart beabstandet, daß sich
insbesondere der Meßbereich
der jeweils außen
liegenden Sensoren außerhalb
der zwei Wandflächen
der Matrize befindet. Somit erfolgt die Erfassung des Biegewinkels des
Metallblechs gemäß der
JP 60 247 415 A im
wesentlichen unabhängig
von der Form und der Lage der verwendeten Matrize, wobei der Biegewinkel
in Abhängigkeit
der erfaßten
Abstände
der Sensoren von dem Blech und der vorbekannten geometrischen Verhältnisse
sowohl der Matrize als auch der Anordnung der Sensoren erfolgt.
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Aus der Druckschrift
DE 30 08 701 A1 ist eine
Winkelmeßvorrichtung
für Abkantpressen
bekannt. Diese Winkelmeßvorrichtung
ist in einem Gehäuse
an einem Stempel der Abkantpresse angeordnet. Dieser Stempel arbeitet
mit einer Matrize zusammen, die eine V-förmige Biegenut aufweist. Die
Winkelmeßvorrichtung
gemäß der genannten
Druckschrift weist zumindest einen Taster auf, der parallel zu der
Hubbewegung des Stempels bewegbar gelagert ist und von einer Seitenfläche des
Stempels vorsteht. Der Taster ist in Kontakt mit dem zu biegenden Blech.
Bei dem Biegevorgang wird der Taster parallel zu der Hubbewegung
des Stempels in das Gehäuse zurückgeschoben.
Diese Bewegung wird durch eine geeignete Meßeinrichtung erfaßt. Die
Positionsverlagerung des Tasters in Hubrichtung des Stempels während des
Biegevorgangs wird als Referenzwert erfaßt und entsprechenden Biegewinkeln
zugeordnet. Diese Zuordnung wird durch entsprechende Vorversuche
ermittelt.
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Die Druckschrift
US 4,864,509 zeigt ein Verfahren und
eine zugehörige
Vorrichtung zur Steuerung einer Biegepresse. Diese Biegepresse umfaßt einen
stiftförmigen
Stempel und ein U-förmiges
Gesenk, mit denen eine sogenannte freie Biegung durchgeführt werden
kann. Weiterhin ist eine Biegesensoreinheit vorgesehen, um den Biegewinkel
des Metallblechs zu erfassen. Diese Sensoreinheit ist neben dem
Stempel und der Matrize verhältnismäßig weit
von dem Scheitel der Biegung beabstandet angeordnet.
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Diese Sensoreinheit umfaßt zwei
Kontaktstifte, die in axialer Richtung verschiebbar sind. Diese Kontaktstifte
sind von einander beabstandet, so daß an der relativen Lage der
Stifte zueinander und der bekannten Anordnung der Stifte in der
Biegepresse auf den Biegewinkel geschlossen werden kann.
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Aus der Druckschrift
DE 1 452 836 C ist ein Biegewerkzeug
mit einem Biegestempel und einem Biegegesenk bekannt. Das Biegegesenk
weist eine V-förmige
Biegenut auf. Der Biegestempelumfaßt eine vordere Biegekante
und Seitenkanten, wobei Aussparungen zwi schen der vorderen Biegekante und
den Seitenkanten vorgesehen sind. In diesen Aussparungen sind Meßeinrichtungen
angeordnet. Tangenten an die Biegekante und die jeweiligen Seitenkanten
schließen
einen Winkel ein, der dem zu erzeugenden Biegewinkel im wesentlichen
gleich ist.
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Die jeweiligen Endbereiche der V-förmigen Nut
des Biegegesenkes weisen ebenfalls Kanten auf, wobei die Vorderkante
und die Seitenkanten des Stempels in Verbindung mit den Kanten des
Gesenks die definierte Biegung des Blechs durchführen, wenn der Stempel in Richtung
auf das Gesenk fährt.
Durch die Anordnung der Kanten wird die Seitenfläche des elastisch und plastisch
gebogenen Metallblechs in Kontakt mit den Meßeinrichtungen in den Aussparungen
des Stempels gebracht. Durch den Kontakt mit den Meßeinrichtungen
wird das Biegeverfahren gesteuert, um den gewünschten Biegewinkel zu erhalten.
Die Meßeinrichtungen
weisen im wesentlichen Taster mit halbkugelförmigen Kontaktflächen auf,
so daß die
Taster im wesentlichen unabhängig
von dem Kontaktwinkel bei Kontakt mit dem gebogenen Blech ein entsprechendes
Signal abgeben.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren zum Biegen eines Metallbleches und eine
Biegemaschine zum Biegen eines Metallbleches bereitzustellen, wobei
die Biegung eines Metallblechs mit hoher Genauigkeit herstellbar
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zum Biegen eines Metallbleches mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1.
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Diese Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch
eine Biegemaschine zum Biegen eines Metallbleches mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 6.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindungsgegenstände sind
in den jeweiligen Unteransprüchen dargelegt.
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Auf vorteilhafte Weise erfolgt die
Erfassung des Biegewinkels in der Biegemaschine, d.h. noch während das
Metallblech zwischen dem Oberstempel und der Matrize einer Biegema schine
gehalten wird. Dadurch wird es möglich,
daß unmittelbar
anschließend
notwendige Korrekturen vorgenommen werden können und sich hierbei genaue
Biegewinkel bei einem einzigen Biegevorgang erzielen lassen.
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Nachfolgend wird die vorliegende
Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen näher beschrieben
und erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
schematische Ansicht einer Biegemaschine mit einer Biegewinkelerfassungseinrichtung
gemäß einer
Ausführungsform,
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2 eine
schematische Ansicht einer Biegemaschine, die mit einer weiteren
Biegewinkelerfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform,
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3 eine
Detailansicht einer pneumatischen Meßeinrichtung für die Biegewinkelerfassungseinrichtung,
die in 2 gezeigt ist,
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4 eine
Ansicht einer modifizierten Ausführungsform
der Biegewinkelerfassungseinrichtung, die in 1 gezeigt ist,
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5 eine
Ansicht einer modifizierten Ausführungsform
der Biegewinkelerfassungseinrichtung, die in den 2 und 3 gezeigt
ist, und
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6 eine
Ausführungsvariante
einer Biegewinkelerfassungseinrichtung, die im Oberstempel einer
Biegemaschine vorgesehen ist.
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In 1 ist
eine Biegemaschine 1 gezeigt, die mit einer Vorrichtung
zur Erfassung eines Biegewinkels (Biegewinkelerfassungsvorrichtung)
gemäß einer
Ausführungsform
ausgestattet ist. Die Biegemaschine 1 umfaßt einen
Oberstempel 2 und eine Matrize 3, zwischen denen
ein zu biegendes Metallblech 4 angelegt werden kann. Der
Oberstempel 2 und die Matrize 3 sind relativ in
die Richtung der Pfeile mit Hilfe einer an sich bekannten Betäti gungseinrichtung 9 bewegbar.
Der Oberstempel 2 dringt in das Metallblech 4 unter
Anlage gegen den niedergedrückten
Sitz 5 der Matrize 3 ein, um zwei Teile 7 und 8 zu
biegen, zwischen denen eine Biegung 6 vorhanden ist. Die
zugeordneten benachbarten Teile 7 und 8 des Metallbleches 4 auf
gegenüberliegenden
Seiten der Biegung 6 sind zwischen den geneigten Seiten 10 des
Oberstempels 2 und der Matrize 3 in Kontakt mit
der Matrize 3 gehalten, insbesondere im Hinblick auf die
gegenüberliegenden,
geneigten Kanten 11 des Sitzes 5. Der Sitz 5 wird
von zugeordneten, gegenüberliegenden,
geneigten Flanken 12 begrenzt, die von zugeordneten Wandflächen 13,
Kanten 11 und einem Scheitelbereich 16 gebildet
werden, der den Grund des Sitzes 5 selbst darstellt.
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Gemäß der Ausführungsform sind in dem Sitz 5 zwei
E-förmige
Differentialübertrager
(Differentialtransformer) 18 und 19 angeordnet,
die jeweils einen Magnetkern 24 enthalten, der ähnlich eines Großbuchstabens
E ausgebildet ist. Der Magnetkern 24 umfaßt drei
Querarme, auf denen ein Paar von gegenüberliegenden Sekundärwicklungen
(Sekundärwindungen) 21 und 22 und
eine zentrale Primärwicklung
(Primärwindung) 23 angebracht
sind, die zwischen den Sekundärwicklungen 21 und 22 angeordnet
ist. Die Primärwicklung
(Primärwindung) 23 ist
mit einer elektrischen Wechselstromversorgungseinrichtung 25 verbunden.
Die Übertrager
(Transformer) 18, 19 sind jeweils auf einer Querflanke 12 des
Sitzes 5 angebracht, wobei die Achsen der Wicklungen 21, 22, 23 im
wesentlichen senkrecht zu der Innenwandfläche 13 der zugeordneten
Flanke 12 sind. Die Auslegung ermöglicht, daß die Primärwicklungen 23 einen
magnetischen Fluß erzeugen,
der über
die Sekundärwicklungen 21, 22 jedes
Transformers geschlossen ist, wie dies mit im Kreis gezogenen Pfeilen
auf der rechten Seite angedeutet ist. Dieser magnetische Fluß geht durch
das Metallblech 4 und insbesondere durch die zugeordneten
Teile 7, 8, die während des Biegevorganges einander
benachbart und den Flanken 12 zugewandt sind.
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Der gegenüberliegende Anschluß der Sekundärwicklungen 21, 22 ist
andererseits über
ein zugeordnetes Paar von Leitungen 28 mit einer algebraischen
Summiereinrichtung (Ermittlungseinrichtung) 30 an sich
bekannter Art verbunden, die derart ausgelegt ist, daß sie die
Eingänge
der Spannungswerte V1 und V2 an den Abgriffen der Wicklungen 21 und 22 jeweils
des Transformers 19 und die Spannungswerte V3, V4 an den
Abgriffen der Wicklun gen 21, 22 des zugeordneten
Transformers 18 erhält.
Die algebraische Summiereinrichtung 30 ist mit einem A/D Wandler 30a verbunden,
die eine Ausgangsleitung 31 hat, die mit einer elektronischen
zentralen Steuereinheit 32 an sich bekannter Art, beispielsweise
einem Mikroprozessor, zur Steuerung der Biegemaschine 1 verbunden
ist. Die zentrale Steuereinheit 32 steuert die Betätigungseinrichtung 9,
um die Relativbewegung des Oberstempels 2 und der Matrize 3 zu bestimmen.
Insbesondere ist die Leitung 31 mit einem Teil 33 der
zentralen Steuereinheit 32 verbunden. Dieses Teil 33 ermittelt
auf der Basis des über die
Leitung 31 von der Summiereinrichtung 30 übertragenen
Signals Korrekturkoeffizienten. Die Koeffizienten werden dann an
die zentrale Steuereinheit 32 angelegt, der beispielsweise über eine
geeignete Steuersoftware ebenfalls zugeordnete externe Bearbeitungsparameter
P zugeführt
werden (beispielsweise über
die Dicke und das Material des Metallbleches 4, einen zu
erzielenden Biegewinkel, usw.).
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Im Gebrauchszustand wird das Metallblech 4 gebogen,
nachdem es zwischen den Oberstempel 2 und die Matrize 3 eingelegt
ist. Der vertiefte Sitz 5 der Matrize 3 hat einen
Winkel α mit
einem festen und bekannten Wert an dem Scheitelbereich 16,
der ebenfalls einen festen und bekannten Wert hat. Der Wert des
Winkels wird in der zentralen Steuereinheit 32 gespeichert.
Dann wird bewirkt, daß sich
der Oberstempel 2 und die Matrize 3 einander entsprechend der
Betätigung
durch die Einrichtungen 9 über die zentrale Steuereinheit 32 nach
Maßgabe
des in derselben gespeicherten Programms annähern, wobei das Programm die
Parameter P später
verarbeitet. Zugleich wird über
jede Wechselstromversorgungseinrichtung 25 eine Wechselspannung
an die Abgriffe der Primärwicklungen 23 jedes
Transformers 18 und 19 angelegt. Wenn der Oberstempel 2 in
Kontakt mit dem Metallblech 4 kommt, wird das Blech dadurch verformt,
daß es
gegen den Sitz 5 gedrückt
wird, und es wird eine Biegung 6 ausgebildet. Während dieses Biegevorganges
ist die zentrale Steuereinheit 32 derart programmiert,
daß das
Eindringen des Oberstempels 2 in den Sitz 5 an
einer solchen Stelle angehalten wird, daß ein Winkel β zwischen
den Teilen 7 und 8 des Metallblechs 4 gebildet
wird, dessen Wert in jedem Fall nicht kleiner als der gewünschte Wert
ist.
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Ausgehend von einem ungefalteten
Metallblech 4, das einen Winkel β von 180° hat (ebenes Metallblech) nimmt
dieser Winkel allmählich
ab, wenn der Oberstempel 2 in das Metallblech 4 eindringt
und dieses gegen den Sitz 5 drückt, so daß die Biegung 6 zunehmend
tiefer wird. Bei der Biegung 6 bleibt teilweise eine elastische
Verformung erhalten, durch welche die Tiefe der Biegung 6 vermindert
wird oder der Winkel β,
der zuvor erzielt wurde, größer wird,
wenn die auf das Metallblech 4 einwirkende Einspannung
aufgehoben wird.
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Nach dem Eindringen steuert die zentrale Steuereinheit 32 eine
relative Trennung von Oberstempel 2 und Matrize 3 um
einen Wert, der ermöglicht,
daß die
elastische Rückfederung
des Metallblechs 4 auftreten kann, mit der die elastische,
im Metallblech 4 verbleibende Verformung aufgehoben wird.
Nach der elastischen Rückfederung
nimmt bei dem Metallblech 4 der Wert des Winkels β etwas zu und
das Metallblech liegt gegen die Flanken 12 insbesondere
an den Kanten 11 der Flanken 12 an. Gemäß der Ausführungsform
wird bei der Trennung von Oberstempel 2 und Matrize 3 durch
die zentrale Steuereinheit 32 um eine ausreichende Größe, wobei eine
vollständig
elastische Rückfederung
des Metallblechs 4 möglich
ist, die Messung der Vergrößerung des
Winkels β vorgenommen.
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Gemäß der Ausführungsform wird diese Messung
indirekt durch Messen des Abstandes zwischen den jeweiligen Teilen 7 (oder 8)
des Metallbleches 4 an der zugeordneten Flanke 12 des
Sitzes 5 an zwei vorbestimmten Stellen, die einen Abstand voneinander
auf der Wandfläche 13 der
Flanke 12 haben, vorgenommen. In bevorzugter Weise wird insbesondere
die erste Stelle so gewählt,
daß sie
in der Nähe
des Scheitelbereiches 16 und an einem Arm des Magnetkerns 24 liegt,
auf dem die Wicklung 22 jedes Transformers 18 (oder 19)
angebracht ist. Die zweite Stelle ist so gewählt, daß sie in der Nähe der Kante 11 und
an einem Arm des Magnetkerns 24 liegt, an der die Wicklung 21 des
jeweiligen Transformers 18 (oder 19) angebracht
ist. Die jeweils mit D1, D2, D3 und D4 bezeichneten Abstände werden
als entsprechende Spannungswerte V1, V2, V3 und V4 an den Abgriffen
der Sekundärwicklungen 21 und 22 der
beiden Transformern 18, 19 erfaßt. In Wirklichkeit erzeugen
die Primärwicklungen 23 unter
dem Einfluß der
Wechselstromquellen 25 ein Magnetfeld, dessen Kraftlinien
sich an den Teilen 7, 8 des Metallbleches 4 schließen, wodurch
ein zugeordnetes Magnetfeld in den Sekundärwicklungen 21, 22 induziert
wird, das seinerseits die Potentialdifferenz V1, V2, V3 und V4 an
den Abgriffen der Sekundärwicklungen
erzeugt. Diese Spannungen sind eine Funktion der Abstände D1,
D2, D3 und D4. Da die Windungszahl jeder Wicklung 21 (oder 22)
festgelegt und konstant ist, haben sie lediglich die Funktion, eine
Magnetflußverbindung mit
den Windungen selbst, die ihrerseits lediglich eine Funktion des
magnetischen Widerstandes des Magnetkreises, der von der jeweiligen
Primärwicklung,
den zugeordneten Sekundärwicklungen,
den zugeordneten Teilen 7, 8 des Metallbleches
und dem zugeordneten Luftspalt zwischen diesen und den Sekundärwicklungen
gebildet wird, der durch die Abstände D1, D2, D3 und D4 bestimmt
ist. Je größer diese
Abstände
sind, desto größer ist
die Magnetflußstreuung
und der magnetische Widerstand des gesamten Magnetkreises. Je kleiner
der Magnetfluß, der
mit den zugeordneten Sekundärwicklungen
gekoppelt ist, desto kleiner ist folglich die Erzeugung der Spannungen
V1, V2, V3, V4 an diesen. Je kleiner andererseits diese Abstände sind,
desto größer sind die
Werte der induzierten Spannungen in den Sekundärwicklungen. Die Werte der
Spannungen nehmen Maximalwerte an, wenn die Abstände D Null werden.
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Sobald das Metallblech 4 von
dem Oberstempel 2 freikommt, liest die Summiereinrichtung 30 die
Spannungen V1, V2, V3 und V4 und nutzt diese zur Ermittlung des
Winkels α1
und α2,
der zwischen dem jeweiligen Teil 7, 8 des Metallblechs
und der zugeordneten Flanke 12, gebildet wird. Diese Ermittlung
erfolgt auf der Grundlage, daß in
dem Bereich der Linearität
die eingesetzten Transformer jeder Winkel umgekehrt proportional
zu der Differenz zwischen den Wirkwerten der Spannungen V1 und V2 (und
V3 und V4 jeweils) abhängig
von dem Abstand des Teils 7 (oder 8) der Metallbleche
von der zugeordneten Flanke 12 der Matrize 3 ist.
Die Spannungssignale, die proportional zu den Signalen α1 und α2 sind, werden
in digitaler Form durch die A/D Wandler 30a umgewandelt.
Dann arbeitet die zentrale Steuereinheit 32, in der geometrische
Parameter und Proportionalitätskonstanten
des Systems gebildet von der Matrize 3, den Wandlern 18, 19,
dem Metallblech 4 gespeichert sind, so, daß die Werte
von α1 und α2 ermittelt
werden und algebraisch die Summe des Wertes aus dem bekannten und
dem zuvor gespeicherten Wert α und
den Werten der Winkel α1
und α2 gebildet
wird. Schließlich
hat die Einheit 32 an ihrem Ausgang den genauen Wert des
erzielten Biegewinkels β.
An dieser Stelle verarbeitet und vergleicht die zentrale Steu ereinheit 32 den
Wert des Winkels β mit dem
gewünschten
Wert, der als einer der Parameter P vorgegeben wurde. Wenn dieser
Vergleich zu einem negativen Ergebnis führt, verarbeitet die zentrale
Steuereinheit 32 einen Korrekturparameter mit dem Teil 33 und
steuert die Ausführung
eines ergänzenden
Biegevorganges, um die Biegung 6 um eine Größe in Abhängigkeit
von dem ermittelten Korrekturparameter zu vertiefen und den gewünschten
Wert des Winkels β zu
erhalten.
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4 zeigt
eine modifiziertes Ausführungsform
der Biegewinkelerfassungsvorrichtung, die in einer Matrize 3 vorgesehen
ist, die einen vertieften Sitz 5 hat, der von zwei geneigten
Seitenwänden 13a, 13a und
einer Bodenwand 13b gebildet wird. Der Sitz 5 hat
zwei Scheitelbereiche 16, 16 die jeweils die Winkel α3 und α4 haben.
Bei diesem Beispiel biegt der Oberstempel (nicht gezeigt) das Metallblech 4 an drei
Teilen 7, 8 und 8a, so daß man zwei
Biegungen 6, 6 unter den entsprechenden Biegewinkeln β1, β2 erstellt
werden sollen. Die Vorrichtung umfaßt drei Differentialtransformer 18, 19 und 20,
die jeweils an den Wänden 13a, 13a, 13b des
vertieften Sitzes 5 angeordnet sind, der an der Matrize 3 einer
Biegemaschine vorgesehen ist. Die Biegewinkel β1 und β2 werden unter Verwendung der
Winkel τ1, τ2 und τ3 ermittelt,
die auf dieselbe wie zuvor beschriebene Weise erfaßt werden,
und gegebenenfalls wird ein ergänzender
Biegevorgang ausgeführt,
um die erhaltenen Biegungen 6 des Metallbleches 4 auf
eine ähnliche
wie zuvor beschriebene Weise zu vertiefen.
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In 2 ist
eine Biegemaschine 1 gezeigt, die mit einer weiteren Biegewinkelerfassungseinrichtung
ausgestattet ist. Gemäß dieser
Ausführungsform
sind in dem Sitz 5 vier pneumatische Meßeinrichtungen 50, 51, 52 und 53 von
an sich bekannter Bauart angeordnet. Jede Meßeinrichtung ist auf einer zugeordneten
Querflanke 12 des Sitzes 5 angeordnet, wobei die
Achse desselben im wesentlichen senkrecht zu der Innenwandfläche 13 der
zugeordneten Flanke 12 ist. Die pneumatische Meßeinrichtung
gibt einen Strahl in Richtung der zugeordneten Teile 7 oder 8 ab,
die während
des Biegevorganges der Flanke 12 zugewandt und dieser benachbart sind.
Diese pneumatische Meßeinrichtung
gibt hierbei einen Gasstrom oder Gasstrahl (beispielsweise Luft)
ab, der senkrecht auf die zugeordnete Wandfläche 13 der zugeordneten
Flanke 12 gerichtet ist. Der Gasstrom steht unter einem
geeigne ten Druckwert und wird über
zugeordnete Leitungen 63 zugeführt, die zumindest in einem
Teil in der Matrize 3 vorgesehen sind, und die auf an sich
bekannte und nicht näher
dargestellte Weise mit einer geeigneten Einrichtung, beispielsweise
einer geeigneten pneumatischen Versorgungseinrichtung verbunden
sind, welche die Maschine 1 aufweist.
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In 3 ist
ein Beispiel zur Erläuterung
der Ausführungsform
im Hinblick auf die Auslegung einer an sich bekannten pneumatischen
Meßeinrichtung 50, 51, 52, 53 gezeigt,
wobei eine pneumatische Meßeinrichtung
in vergrößertem Maßstab dargestellt ist.
Ein unter Druck stehendes Gas 64 wird einer ersten Kammer 65 zugeleitet,
die in Reihe zu einer zweiten Kammer 66 über eine
kalibrierte Drosseleinrichtung 67 geschaltet ist. Ein Strahl
des Gases 64 wird dann von der Kammer 66 über eine
Düse 68 in
Richtung auf die Oberfläche
des Teils 7 des Metallblechs 4 ausgegeben. Ein
Differentialmanometer 69 mißt konstant die Druckdifferenz
zwischen den Kammern 65 und 66. Im Gebrauchszustand
sind die Meßeinrichtungen 50, 51, 52, 53 zusammen
mit den Düsen 68 derart
angeordnet, daß sie
bündig
mit der Wandfläche 13 der
zugeordneten Flanke 12 abschließen, an der diese vorgesehen
sind. Durch das Vorhandensein des zugeordneten Teils 7, 8 des
Metallblechs 4 wird ein Verschluß der Auslaßdüse 68 bewirkt. Je näher die
Düse an
dem Metallblech 4 liegt, desto stärker ist das Absperren. In
anderen Worten bedeutet dies, daß je kleiner die einzelnen
Abstände
D1, D2, D3 und D4 zwischen derjeweiligen Düse und dem zugeordneten Teil 7, 8,
das dieser zugewandt ist, sind, desto größer ist die Verschlußwirkung.
Daher wird der Durchsatz des Gasstroms 64 durch die Düse herabgesetzt,
und der Gasstrom sammelt sich in der Kammer 66, so daß der Druck
in derselben ansteigt, während
der Druck in der Kammer 65 aufgrund der vorhandenen geeichten
Drosseleinrichtung 67 im wesentlichen konstant bleibt. Daher lassen
sich die Werte der Abstände
D1, D2, D3 und D4 als Druckveränderungen
zwischen den Kammern 65, 66 der jeweiligen Meßeinrichtung 50, 51, 52 und 53 erfassen.
Die Druckänderung
wird an dem zugeordneten Differentialmanometer 69 angezeigt.
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Die Differentialmanometer 69 geben
ein elektrisches Signal proportional zu der Druckdifferenz aus,
die von denselben erfaßt
wird, und sie sind mit einer algebraischen Summiereinrichtung 30 an sich
bekannter Bauart über
zugeordnete Datenleitungen 29 verbunden. Die Summiereinrichtung 30 erhält diese
Signale am Eingang und hat eine Ausgangsleitung 31, die
beim dargestellten Beispiel mit einer elektronischen zentralen Steuereinheit 32 an
sich bekannter Art, beispielsweise einem Mikroprozessor zur Steuerung
der Biegemaschine 1 verbunden ist. Die zentrale Steuereinheit 32 steuert
die Beaufschlagungseinrichtungen 9, um die Relativbewegung
von Oberstempel 2 und Matrize 3 zu bestimmen.
Insbesondere ist die Leitung 31 mit einem Teil 33 der
zentralen Steuereinheit 32 verbunden. Dieser Teil 33 ermittelt
auf der Basis des Wertes des über
die Leitung 31 von der Summiereinrichtung 30 abgegebenen
Signales Korrekturkoeffizienten, die dann an die zentrale Steuereinheit 32 übergeben
werden, die beispielsweise eine geeignete Steuersoftware hat. An diese
werden auch die zugeordneten externen Arbeitsparameter P übergeben
(hierbei handelt es sich beispielsweise um die Dicke und das Material
des Metallblechs 4, und den Wert des zu erzielenden Biegewinkels).
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Im Gebrauchszustand wird das Metallblech 4 gebogen,
nachdem es zwischen dem Oberstempel 2 und der Matrize 3 eingelegt
ist. Der vertiefte Sitz 5 der Matrize 3 hat einen
Winkel α mit
einem festen und bekannten Wert an dem Scheitelbereich 16.
Der Wert des Winkels ist in der zentralen Steuereinheit 32 gespeichert.
Dann werden der Oberstempel 2 und die Matrize 3 durch
die Einwirkung der Einrichtung 9 mit Hilfe der zentralen
Steuereinheit 32 nach Maßgabe eines in derselben gespeicherten
Programms aufeinander zu bewegt, welches die Parameter P später verarbeitet.
Zugleich werden die Leitungen 63 mit zugeordneten Druckluftströmen 64 zur
Versorgung der Düsen 68 der
pneumatischen Meßeinrichtungen 50, 51, 52 und 53 versorgt.
Wenn der Oberstempel 2 in Kontakt mit dem Metallblech 4 kommt,
wird das Metallblech dadurch verformt, daß es gegen den Sitz 5 gedrückt wird,
und es wird die Biegung 6 gebildet. Während dieses Biegevorganges
ist die zentrale Steuereinheit 32 derart programmiert,
daß das
Eindringen des Oberstempels 2 in den Sitz 5 an
einem Punkt angehalten wird, an dem sich ein Winkel β zwischen
den Teilen 7 und 8 bildet, wobei der Winkelwert in
diesem Falle nicht kleiner als der gewünschte Wert ist.
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Wenn man von einem ungebogenen Metallblech 4 ausgeht,
das einen Winkel β gleich
180° hat (es
handelt sich um ein ebenes Metallblech) nimmt dieser Winkel allmählich ab,
wenn der Oberstempel 2 in das Metallblech 4 eindringt
und dieses gegen den Sitz 5 drückt, so daß die Biegung 6 allmählich tiefer wird.
Bei der Biegung 6 bleibt eine elastische Verformung zurück, welche
die Tiefe der Biegung 6 vermindert oder den Winkel β, der zuvor
erzielt worden ist, vergrößert, wenn
die auf das Metallblech 4 einwirkende Einspannung aufgehoben
wird.
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Nach dem Eindringen steuert die zentrale Steuereinheit 32 eine
relative Trennung von Oberstempel 2 und Matrize 3 um
eine Größe, die
ermöglicht,
daß das
Metallblech 4 sich elastisch zurückstellen kann, um die in dem
Metallblech 4 verbliebene elastische Verformung aufzuheben.
Nach der vollständigen
elastischen Rückstellung
wird der Wert des Winkels β bei
dem Metallblech 4 etwas größer, und es kommt zur Anlage
gegen die Flanken 12, insbesondere an den Kanten 11 der
Flanken 12. Sobald die zentrale Steuereinheit 32 die
Matrize 3 von dem Oberstempel 2 um eine Größe trennt,
die ausreichend ist, um die vollständige elastische Rückstellung
des Metallblechs 4 zuzulassen, wird mit der Messung der
Zunahme des Winkels β fortgeschritten,
der sich zwischen den Teilen 7, 8 bildet.
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Gemäß der Ausführungsform wird diese Messung
indirekt dadurch vorgenommen, daß der Abstand zwischen den
jeweiligen Teilen 7 (oder 8) des Metallblechs 4 und
der zugeordneten Flanke 12 des Sitzes 5 an zwei
vorbestimmten Stellen gemessen wird, die einen ausreichenden Abstand
voneinander auf der Wandfläche 13 der
Flanke 12 haben. Insbesondere ist es zweckmäßig, die
erste Stelle so zu wählen,
daß sie
nahe dem Scheitelbereich 16 und bei den Meßeinrichtungen 51, 52 liegt,
und zweckmäßigerweise
wird die zweite Stelle so gewählt,
daß sie näher an der
Querkante 11 und den Meßeinrichtungen 50, 53 liegt.
Die jeweils mit D1, D2, D3 und D4 bezeichneten Abstände werden
als entsprechende Druckdifferenz zwischen den Kammern 25 und 26 der
jeweiligen Meßeinrichtungen 50, 51, 52, 53 erfaßt, die
bei den Manometern 69 angegeben sind, und die über die
Leitung 29 an die Einheit 30 als elektrische Signale übergeben
werden, bei denen es sich um Spannungs- oder Stromsignale in Abhängigkeit von
der Form der Schnittstelle handeln kann, welche an den Manometern 69 vorgesehen
ist.
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Sobald das Metallblech 4 von
dem Oberstempel 2 freikommt, liest die Summiereinrichtung 30 die
von den Manometern 9 gelieferten Signale, und gemäß einem
dort vorgegebenen Programm werden diese genutzt, um die Winkel α1 und α2 zu ermitteln, die
zwischen dem jeweiligen Teil 7, 8 des Metallblechs
und der zugeordneten Flanke 12 gebildet werden. Diese Ermittlung
basiert einfach auf geometrischen Gegebenheiten. Schließlich arbeitet
die Summiereinrichtung 30 derart, daß der Wert des bekannten und
zuvor gespeicherten Winkels α und
die Werte der Winkel α1
und α2 aufsummiert
werden, so daß sich
ein Ausgang an der Leitung 31 ergibt, an dem man den exakten
Wert der Biegewinkel β hat.
Dann verarbeitet die zentrale Steuereinheit 32 den Wert des
Winkels β im
Vergleich zu diesem mit dem gewünschten
Wert als einen der vorgegebenen Parameter P. Wenn dieser Vergleich
zu einem negativen Ergebnis führt,
ermittelt die zentrale Steuereinheit 32 einen Korrekturparameter
im Teil 33, und sie steuert die Ausführung des ergänzenden
Biegevorganges, um die Biegung 6 um eine Größe zu vertiefen,
die von dem ermittelten Korrekturparameter abhängig ist, so daß der gewünschte Wert
des Winkels β erzielt wird.
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5 zeigt
ein modifiziertes Ausführungsbeispiel
der Biegewinkelerfassungseinrichtung, die pneumatische Meßeinrichtungen
hat. Bei diesem Beispiel sind die Meßeinrichtungen in einer Matrize 3 vorgesehen,
die einen vertieften Sitz 5 hat, der von zwei senkrechten
Seitenwänden 13a, 13a und
einer Bodenwand 13b gebildet wird. Die Biegewinkelerfassungseinrichtung
umfaßt
sechs pneumatische Meßeinrichtungen 50, 51, 52, 53, 54 und 55.
Jedes Paar derselben ist jeweils an der Wand 13a oder 13b des vertieften
Sitzes 5 der Matrize 3 der Biegemaschine angebracht.
Auf diese Weise werden Biegewinkel auf dieselbe wie zuvor beschriebene
Weise ermittelt, und es wird gegebenenfalls ein ergänzender
Biegevorgang ausgeführt,
um die Biegungen des Metallblechs 4 zu vertiefen und auf ähnliche
Art und Weise den vorgegebenen Biegewinkelwert zu erreichen.
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In 6 ist
eine weitere Form der Biegewinkelerfassungseinrichtung gezeigt,
die gleich wie in 2 gezeigt
ausgelegt ist, die aber pneumatische Meßeinrichtungen 50, 51, 52 und 53 hat,
die in dem Oberstempel 2 der Biegemaschine vorgesehen sind. Bei
diesem Beispiel ist jedes Paar von pneumatischen Meßeinrichtungen
auf der jeweiligen, geneigten Wand 10 des Oberstempels 2 an
zwei voneinander im Abstand liegenden Stellen L1 oder L2 ange bracht,
wobei ihre Achsen im wesentlichen senkrecht zu der Wand 10 sind.
Die Meßeinrichtungen
geben Gasströme
zu den Teilen 7, 8 des Metallblechs 4 ab.
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Die Abstände D1, D2, D3 und D4 an diesen Stellen
von der jeweiligen Wandfläche 10 zu
dem Teil 7 oder 8 des Metallblechs 4 werden
auf dieselbe wie zuvor im Zusammenhang mit 2 erläuterte
Weise gemessen.
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Die Winkel α1, α2, die von der jeweiligen Wand 10 und
dem Teil 7 oder 8 des Metallblechs 4 eingeschlossen
werden, erhält
man unter Verwendung der folgenden Gleichungen:
α1 = Argustangens
(D1 – D2)/L1
α2 = Argustangens
(D4 – D3)/L2
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Den Biegewinkel β erhält man dann durch Aufsummieren
dieser Werte und eines konstanten Wertes α des Winkels, der von den beiden
Wänden 10 und 10 des
Oberstempels 2 gebildet wird. Der Wert α ist im allgemeinen gleich dem
Wert des Winkels des Scheitelpunktes 16 des Sitzes 5.
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Obgleich bei dem in 6 gezeigten Beispiel pneumatische Meßeinrichtungen
als Sensoren zum Bestimmen der Abstände D1, D2, D3 und D4 eingesetzt
werden, können
auch Differentialwandler in dem Oberstempel verwendet werden, wie
dies im Zusammenhang mit 1 erläutert wurde.
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Aus der vorstehenden Beschreibung
ergibt sich, daß alle
die vorstehend genannten Bearbeitungsschritte bei einem einzigen
Biegevorgang vorgenommen werden können. In der Praxis erfolgt
die Messung des Winkels α1
und α2 in
Echtzeit, während das
Metallblech 4 noch im Sitz 5 und zwischen dem Oberstempel 2 und
der Matrize eingespannt ist. Der Arbeitsschritt der wechselseitigen
Trennung von Oberstempel und Matrize vor der Meßbearbeitung ist nur auf das
minimal notwendige begrenzt, um zu erreichen, daß sich das Metall blech 4 zur
Aufhebung der elastischen Verformung zurückstellen kann. Wenn man die
elastische Rückstellung
behindern würde,
würde dies
zu Meßergebnisfehlern
führen.
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Eine Biegemaschine 1, die
mit einer Meßvorrichtung
gemäß der Ausführungsformen
ausgestattet ist, kann ein Metallblech mit Genauigkeit im Zuge eines
einzigen Biegevorganges biegen, d.h. es ist keine zweite Positionierung
des Metallblechs erforderlich, so daß folglich sich die Herstellung
vereinfacht wird, man eine größere Produktivität erhält und sich die
Herstellungskosten senken lassen.
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Es ist auch noch zu erwähnen, daß bei der Anwendung
des pneumatischen Systems zur Messung der Abstände D ermöglicht wird, die Biegewinkel
eines Metallbleches mit beliebigen Eigenschaften erfassen kann,
das ferromagnetisch sein kann oder nicht, und daß diese Messung in der Meßzone auch unabhängig von
Schmutz oder anderen verunreinigenden Stoffen ist, da diese durch
die Luftstrahlen, die über
die Meßeinrichtungen
ausgegeben werden, weggeblasen werden.