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Die
Erfindung betrifft ein Biegewerkzeug zum Biegen elektrischer Stiftkontakte,
mit einer Biegeflanke zum Übertragen
einer Biegekraft auf wenigstens einen Stiftkontakt, wobei die Biegeflanke
beweglich an dem Biegewerkzeug aufgenommen ist.
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Des
Weiteren betrifft die Erfindung eine Biegevorrichtung zum Biegen
elektrischer Stiftkontakte.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Biegen elektrischer Stiftkontakte,
bei dem ein Biegewerkzeug relativ zu einem Stiftkontakt bewegt wird
und an einem Kontaktpunkt mit dem Stiftkontakt eine Biegekraft in
den Stiftkontakt einleitet, wobei durch eine Bewegung der Biegeflanke
relativ zum Biegewerkzeug die Relativbewegungen zwischen dem Biegewerkzeug
und dem Stiftkontakt in dem Kontaktpunkt zumindest teilweise kompensiert
werden.
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Biegewerkzeuge,
-vorrichtungen und -verfahren der vorbenannten Art sind im Stand
der Technik bekannt. Mit ihrer Hilfe werden Stift- bzw. Steckkontakte
beispielsweise in Steckverbindern gebogen, damit sie mit einem umgebogenen
Abschnitt in Leiterplatten eingesetzt werden können. In den Leiterplatten
kontaktieren die Stiftkontakte Leiterbahnen. Um den elektrischen
Kontakt zwischen den Stiftkontakten und den Leiterbahnen zu verbessern
und die Voraussetzungen für
ein Verlöten
der Stiftkontakte und der Leiterbahnen bzw. entsprechenden Anschlussstellen
in der Leiterplatte zu begünstigen, sind
die Stiftkontakte meist verzinnt oder mit anderen Beschichtungen
versehen (z. B. insbesondere Nickel im Falle von Einpresskontakten).
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In
der
DE 44 25 258 A1 ist
beispielsweise ein Biegewerkzeug zum Biegen elektrischer Kontakte mit
einer Biegeflanke beschrieben, die von einer beweglich am Biegewerkzeug
aufgenommenen Biegerolle gebildet wird.
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Bei
Biegevorrichtungen, Biegewerkzeugen und -verfahren gemäß dem Stand
der Technik ist von Nachteil, dass die Biegeflanken an den Stiftkontakten reiben
und dies zu Beschädigungen
der Oberfläche der
Stiftkontakte und der aufgetragenen Beschichtung führen kann.
Aufgrund der Beschädigungen kann
sich Abrieb von den Stiftkontakten oder deren Verzinnung bzw. Beschichtung
ablösen.
Auch kann ein Abblättern
der Beschichtung in Gang gesetzt werden. Wenn sich Partikel und
insbesondere Teile der Be schichtung von den Stiftkontakten ablösen, können diese
Kurzschlüsse
in den elektrischen Systemen und Steckverbindern verursachen, in
welchen die Stiftkontakte verbaut sind. Die Kurzschlüsse führen zu
Ausfällen
in den elektrischen Systemen und Komponenten, in denen die Steckverbinder
verwendet werden. Diese Ausfälle
sind gefährlich
und kostspielig. Gefährlich
sind sie, weil sie zu Fehlfunktionen der elektrischen Systeme und
daraus resultierenden Gefahren für
Menschen, Maschinen und Umwelt führen
können.
Kostspielig sind die Kurzschlüsse,
weil die Ursachen schwer zu ermitteln, also die vom Abrieb herrührenden
Metallpartikel schwer zu finden sind und eine Reparatur des betroffenen
elektrischen Systems somit aufwändig
ist. Des Weiteren können die
Kurzschlüsse
auch als die Fehlersuche erschwerende Zeitfehler auftreten. Wenn
die Fehlerursache nicht eindeutig ermittelt werden kann, müssen vom Kurzschluss
betroffene Komponenten eventuell vollständig ausgetauscht werden.
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Der
Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, mit dem eingangs
genannten Biegewerkzeug, der Biegevorrichtung und dem Biegeverfahren ein
schonendes Umbiegen der Stiftkontakte zu ermöglichen und Beschädigungen
sowie Abrieb von der Oberfläche
der Stiftkontakte zu vermeiden.
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Bei
dem eingangs genannten Biegewerkzeug wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
durch zwischen einer Mehrzahl entlang der Biegeflanke in einem Abstand
voneinander angeordneter und mit sich im Wesentlichen senkrecht
von der Biegeflanke weg erstreckender Positionsvorgabeelemente Biegepositionen
für die
Stiftkontakte vorgegeben sind.
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Bei
einer eingangs genannten Biegevorrichtung wird die Aufgabe dadurch
gelöst,
dass die Biegevorrichtung ein erfindungsgemäßes Biegewerkzeug aufweist.
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In
einem Verfahren zum Biegen elektrischer Stiftkontakte der eingangs
genannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Stiftkontakte
während
des Biegevorganges durch Positionsvorgabeelemente jeweils in einer
Biegeposition seitlich geführt werden.
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Gegenüber dem
Stand der Technik haben diese Lösungen
den Vorteil, dass Reibbewegungen einer Oberfläche des Biegewerkzeuges bzw.
dessen Biegeflanke entlang der Oberfläche der Stiftkontakte vermieden
werden. Optimalerweise haben die Biegeflanke und der Stiftkontakt
einen Linienkontakt am Kontaktpunkt, der sich während des Biegevorganges nicht
verschiebt. Somit reibt die Biegeflanke nicht an dem Stiftkontakt
und kann keinen Abrieb vom Stiftkontakt oder dessen Verzinnung erzeugen.
Die Vermeidung oder Minderung des Abriebes verhindert oder mindert
die Gefahr von Kurzschlüssen
in elektrischen Systemen, in denen die gebogenen Stiftkontakte verbaut
sind.
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Die
Positionsvorgabeelemente bilden zwischen sich Vertiefungen und begrenzen
seitlich die Biegepositionen, in denen die Stiftkontakte während des
Biegens geführt
werden. Somit wird eine Querbewegung der Stiftkontakte und ein Reiben
der Stiftkontakte quer zur Bewegung bzw. Rotation der Biegeflanke
vermieden und die Stiftkontakte werden präzise geführt und gebogen.
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Die
erfindungsgemäßen Lösungen können mit
den folgenden weiteren jeweils für
sich vorteilhaften Ausführungsformen
beliebig kombiniert und weiter verbessert werden:
So kann gemäß einer
erstmöglichen
vorteilhaften Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Biegewerkzeuges
vorgesehen sein, dass die Biegeflanke drehbar an dem Biegewerkzeug
aufgenommen ist. Die Drehbewegung ist besonders gut geeignet, um die
Biegeflanke um eine feststehende Achse beweglich in einer Bewegungsebene,
in der das Biegewerkzeug bewegt wird, auszugestalten. Die Biegeflanke rollt
sich förmlich
im Biegewerkzeug ab und es bestehen optimalerweise keine Relativbewegungen
zwischen der Biegeflanke und dem Stiftkontakt.
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Gemäß einer
weiteren möglichen
vorteilhaften Ausgestaltungsform kann vorgesehen sein, dass die
Biegeflanke einen zumindest abschnittsweise runden Querschnitt aufweist.
Entlang des runden Querschnittes kann die Biegeflanke im Wesentlichen schlupffrei
schonend auf der Oberfläche
des Stiftkontaktes abrollen, insbesondere, falls Relativbewegungen
zwischen der Biegeflanke und der Oberfläche nicht gänzlich vermieden werden können.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften möglichen
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Biegewerkzeuges
kann vorgesehen sein, dass die Biegeflanke an einer als separatem
Bauelement an dem Biegewerkzeug befestigten Biegekante ausgebildet
ist. Dies eröffnet
vielfältige
Möglichkeiten
zur Ausgestaltung der Biegeflanke. So kann die Biegeflanke bzw.
das als Biegekante ausbildende Bauelement den jeweiligen Anforderungen
entsprechend ausgeformt und aus einem vorteilhaften Werkstoff gebildet
sein.
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Gemäß einer
weiteren möglichen
vorteilhaften Ausführungsform
des Biegewerkzeuges kann die Biegekante beispielsweise ein Hartmetallstab
sein oder zumindest abschnittsweise aus Hartmetall bestehen. Hartmetall
begünstigt
das Abrollen der Biegeflanke am Stiftkontakt, weil das Hartmetall
aufgrund seiner Härte
und Oberflächendichte
geringere Reibungen verursacht. Des Weiteren ist das Hartmetall
widerstandsfähiger
als das die übrigen
Abschnitte des Biegewerkzeugs bildende Merkmal und für einen dauerhaften
Einsatz des Biegewerkzeuges geeignet. Ferner kann die als Hartmetallstab
ausgeformte Biegekante einfach ausgetauscht werden, wenn sie beschädigt und
nicht mehr für
einen ordnungsgemäßen Biegevorgang
geeignet ist.
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Gemäß einer
weiteren möglichen
vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Biegewerkzeuges
kann vorgesehen sein, dass die Biegekante in eine in einem Randbereich
des Biegewerkzeuges angeordnete Aufnahme eingeführt ist. In dem Randbereich
kam die Biegekante einfach in exponierter Lage am Biegewerkzeug
befestigt sein. So kann die Biegekante beispielsweise in einer Querrichtung
des Biegewerkzeuges in die Aufnahme eingesteckt werden und ein Halt
sowie eine Unterstützung
der Biegekante in der Seit- und Höhen-Richtung, welche die Arbeitsrichtungen
des Biegewerkzeuges bilden, ist sichergestellt.
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Gemäß einer
weiteren möglichen
vorteilhaften Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Biegewerkzeuges
kann vorgesehen sein, dass die Aufnahme von mindestens einem Passungselement
gebildet ist, welches die Biegekante um eine Längsachse der Biegekante drehbar
hält und
gegen ein Verrutschen in der Querrichtung sichert. Eine Außenkontur der
Biegekante kann genau an das Passungselement angepasst werden und
die Biegekante somit leicht in das Biegewerkzeug eingesetzt werden.
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Gemäß einer
weiteren möglichen
vorteilhaften Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Biegewerkzeuges
kann vorgesehen sein, dass die Positionsvorgabeelemente ösenartig
ausgeformt sind und die Biegekante durch Öffnungen der Positionsvorgabeelemente
hindurch verläuft.
Somit kann die Biegekante und die auf ihr ausgebildete Biegeflanke in
den Positionsvorgabeelementen rotieren.
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Die
Rotation der Biegekante wird gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Werkzeuges
insbesondere dadurch erleichtert, dass die Biegekante einen kreisrunden
Querschnitt hat. Ein Radius der Biegekannte kann beispielsweise
0,75 Millimeter betragen oder in einem Bereich zwischen 0,5 Millimetern
und 2,0 Millimetern liegen. Dementsprechend ist die Biegekante für relativ
kleine und schmale Stiftkontakte anwendbar. Bei größeren Stiftkontakten
kann eine Rotation der Biegekante leicht ermöglicht werden, indem sie in Kugel-
oder Rollenlager eingesetzt ist, deren Realisierung jedoch bei den
vorliegenden geringen Durchmessern der Biegekante bzw. des Hartmetallstabes schwer
möglich
ist.
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Die
Reibung zwischen der Biegeflanke und dem Stiftkontakt kann gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Biegewerkzeuges
dadurch weiter verringert werden, dass die Biegeflanke zumindest
abschnittsweise mit einer Gleitbeschichtung versehen ist. Die Gleitbeschichtung
kann die vorteilhafte Eigenschaft haben, dass sie einen Vickershärtegrad
von 2.000 bis 3.500 HV aufweist. Die Gleitbeschichtung begünstigt ein leichtes
und schonendes Abrollen der Biegekante im Biegewerkzeug und am Stiftkontakt.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung
der eingangs genannten Art kann die oben genannte Aufgabe gemäß einer
ersten weiteren möglichen
Ausführungsform
dadurch besser gelöst
werden, wenn ein Werkzeugträger
für das
Biegewerkzeug über
ein Stützelement
in einer Führung
beweglich an einem Lagerelement abgestützt ist, wobei ein Führungswinkel
der Führung
einstellbar ausgestaltet ist. Somit kann eine Bewegungskurve der
Biegeflanke optimal an einen Biegeradius eines gebogenen bzw. gekrümmten Abschnittes
der Stiftkontakte angepasst und Reibungen zwischen der Biegeflanke und
den Stiftkontakten vermieden werden. Im Gegensatz dazu sind im Stand
der Technik nur feststehende, geradlinige Führungen mit einer Steigung
von 55° bekannt.
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Die
Ausrichtung der Biegeflanke in Bezug auf den Stiftkontakt kann gemäß einer
weiteren möglichen
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung
dadurch verbessert werden, dass eine von der Führung vorgegebene Führungslinie mindestens
einen Krümmungsabschnitt
aufweist. Mit Hilfe des Krümmungsabschnittes
kann eine Längsachse
des Biegewerkzeuges während
des Biegevorganges derart gekippt werden, dass die Biegeflanke stets
optimal zur Oberfläche
bzw. zu einem Biegeradius des Stiftkontaktes in dessen gekrümmten Abschnitt
ausgerichtet ist und Rutsch- sowie Reibbewegungen zwischen der Biegeflanke
und der Oberfläche
des Stiftkontaktes vermieden werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsformen
mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Die beschriebenen Ausführungsformen
stellen dabei lediglich mögliche
Ausgestaltungen dar, bei denen jedoch die einzelnen Merkmale, wie
oben beschrieben ist, unabhängig
voneinander realisiert und weggelas sen werden können. In der Beschreibung werden
gleiche Elemente der Erfindung mit gleichen Bezugszeichen benannt
und wiederholte Beschreibungen gleicher Elemente vermieden.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung;
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2 eine
schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung;
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3 eine
schematische Perspektivansicht eines Bearbeitungsbereiches einer
erfindungsgemäßen Biegevorrichtung;
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4 eine
schematische Draufsicht des in 3 gezeigten
Bearbeitungsbereiches;
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5 eine
schematische Vorderansicht des in den 3 und 4 gezeigten
Bearbeitungsbereiches;
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6 eine
schematische Seitenansicht des in den 3 bis 5 gezeigten
Bearbeitungsbereiches;
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7 eine
vergrößerte schematische
Perspektivansicht des in den 3 bis 6 gezeigten Bearbeitungsbereiches;
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8 eine
schematische perspektivische Seitenansicht des in 7 gezeigten
vergrößerten Ausschnittes
des Bearbeitungsbereiches;
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9 eine
schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Biegewerkzeuges;
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10 eine
vergrößerte schematische
Perspektivansicht einer Biegekante des in der 9 gezeigten
Biegewerkzeugs;
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11 eine
stark vergrößerte Seitenansicht der
Biegekante des in den 9 und 10 gezeigten
Biegewerkzeugs;
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12 eine
schematische Perspektivansicht eines Lagerbereiches der in den 1 und 2 gezeigten
Biegevorrichtung;
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13 eine
schematische Seitenansicht des in 12 gezeigten
Lagerbereiches;
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14 eine
schematische Seitenansicht eines Lagerelementes gemäß dem Stand
der Technik;
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15 eine
schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagerelementes;
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16 eine
schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagerelementes;
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17a bis c schematische Seitenansichten eines Biegewerkzeuges
und eines Stiftkontaktes zu drei verschiedenen Zeitpunkten eines
Biegevorganges;
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18a eine schematische Seitenansicht geometrischer
Verhältnisse
in der Biegevorrichtung;
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18b eine schematische Seitenansicht geometrischer
Verhältnisse
im Bearbeitungsbereich;
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19 eine
schematische Diagrammdarstellung einer Führungskurve eines erfindungsgemäßen Lagerelementes.
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Zunächst wird
ein möglicher
konstruktiver Aufbau einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung 1 anhand
ihrer schematischen Perspektivansicht in 1 erklärt. Die
Biegevorrichtung 1 hat zwei Biegewerkzeuge 2a, 2b zum
Biegen von Stiftkontakten 3, die von einem Haltewerkzeug 4 niedergehalten
werden.
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Die
Biegewerkzeuge 2a, 2b sind auf einem Werkzeugträger 5 in
Form einer Montageplatte montiert. Der Werkzeugträger 5 ist
auf einer Antriebsvorrichtung 6 befestigt. Die Antriebsvorrichtung 6 hat
ein Lager 7, in dem eine exzentrische Antriebswelle 8 sitzt.
Eine in einer Längsrichtung
der Antriebswelle 8 verlaufende Exzenterachse 9 verläuft in einer
Querrichtung Z der Biegevorrichtung 1.
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Die
Antriebsvorrichtung 6 ist auf der Antriebswelle 8 und
einem Stützelement 10 in
Form einer Exzenterstange bzw. eines Gestänges abgestützt. In ein Führungslager 11 des
Stützelementes ist
eine Führungsachse 12 eingesetzt,
deren Längsachse 13 in
der Querrichtung Z verläuft.
Die Führungsachse 12 ist
beweglich in einer Führung
(hier noch nicht gezeigt) eines Lagerelementes 14 aufgenommen,
das die Führungsachse 12 beweglich
abstützt.
Die Antriebsvorrichtung 6 und das Lagerelement 14 sind
bewegungsstarr an einer Sockelplatte 15 befestigt, die
sich auf zwei Sockeln 16 abstützt.
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Das
Haltewerkzeug 4 ist an einem Werkzeughalter 17 montiert.
Der Werkzeughalter 17 ist entlang zweier Vertikalführungen
in einer Höhenrichtung
Y der Biegevorrichtung 1 beweglich ausgestaltet.
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Die
Stiftkontakte 3 ragen aus einer Rückseite eines Werkstückes 19 heraus,
das ein Steckverbinder ist. Das Werkstück 19 wird von einem
Werkstückhalter 20 gehalten.
Der Werkstückhalter
ist in einer Seitrichtung X der Biegevorrichtung 1 beweglich
ausgestaltet. Darüber
hinaus kann der Werkstückhalter 20 in
der Querrichtung Z verfahren werden, um das Werkstück 19 auf
einer Fertigungsstraße
von einer Bearbeitungsvorrichtung, wie der vorliegenden Biegevorrichtung 1,
zur nächsten
zu transportieren.
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2 zeigt
die in 1 dargestellte Biegevorrichtung 1 in
einer Seitenansicht in der Querrichtung Z. Hier wird die Exzentrizität der Antriebswelle 8 besonders
deutlich. Die Exzentrizität
der Exzenterachse 9 der Antriebswelle 8 gegenüber einer
Mittelachse M der Antriebswelle bewirkt, dass der Werkzeugträger 5 eine
kurvenförmige
zyklische Bewegung vollzieht, wenn die Welle 8 eine vollständige Drehung
vollzieht. Zwischen der Exzenterachse 9 und der Mittelachse
M ist ein Drehwinkel α der
Antriebswelle 8 definiert. Wenn die Exzenterachse 9 und
die Mittelachse M in der Höhenrichtung
Y auf gleicher Höhe
liegen, ist der Winkel α gleich
0° bzw. 180°. Wenn die
Welle 8 eine teilweise Umdrehung vollzieht, die einem Drehwinkel α kleiner
als 360° entspricht,
vollzieht der Werkstückträger 5 einen
Teil seines durch die Geometrie der Biegevorrichtung vorgegebenen
Kurvenverlaufes. Das Stützelement 10 hält den Werkzeugträger 5 in
einer gewünschten
Ausrichtung in einer von der Seitrichtung X und Höhenrichtung
Y aufgespannten Bewegungsebene B für den Kurvenverlauf, indem
es den Werkzeugträger 5 in
der X- und Y-Richtung beweglich an dem Lagerelement 14 abstützt.
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In
einem Arbeitszyklus wird das Werkstück 19 von dem Werkstückträger mit
Hilfe einer numerisch gesteuerten Positionierungseinheit (nicht
gezeigt) in Richtung eines zwischen dem Biegewerkzeug 2a, 2b und
dem Haltewerkzeug 4 gebildeten Bearbeitungsbereich 21 der
Biegevorrichtung 1 bewegt und die Stiftkontakte 3 werden
auf einem Werkstückträger 22 abgestützt. Dann
senkt sich das Haltewerkzeug 4 in der Höhenrichtung Y von einem pneumatischen
Antrieb (nicht gezeigt) angetrieben auf die Kontaktstif te 3 hinab,
so dass diese zwischen dem Werkstückträger 22 und dem Haltewerkzeug 4 festgehalten
bzw. geklemmt werden. Anschließend wird
die exzentrische Welle 8 gedreht und die kurvenartige Bewegung
des Werkzeughalters 5 führt
das Biegewerkzeug 2a, 2b so entlang einem eine
Biegekontur der Stiftkontakte vorgegeben Querschnittsprofil des
Haltewerkzeuges, dass die Stiftkontakte 3 in eine gewünschte Form
gebogen werden.
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3 zeigt
den Bearbeitungsbereich 21 der Biegevorrichtung 1,
der zwischen den Biegewerkzeugen 2a, 2b, dem Werkstückhalter 22 und
dem Haltewerkzeug 4 gebildet ist. Die Stiftkontakte 3 des
Werkstückes 19 sind
zwischen dem Werkstückhalter 22 und
dem auf den Werkstückhalter 22 herabgesenkten
Haltewerkzeug 4 fixiert.
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4 zeigt
eine Draufsicht auf den in 3 gezeigten
Bearbeitungsbereich 21, wobei das Haltewerkzeug 4 nicht
dargestellt ist, um einen Blick auf die Stiftkontakte 3 zu
gewähren.
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5 zeigt
den in 3 und 4 dargestellten Bearbeitungsbereich
in einer schematischen Vorderansicht.
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6 zeigt
den in den 3 bis 5 dargestellten
Bearbeitungsbereich 21 in einer schematischen Seitenansicht
entlang der Querrichtung Z. Die aus dem Werkstück 19 herausragenden
Stiftkontakte 3 sind zwischen einem Halteorgan 23 des
Haltewerkzeugs 4 und einem Stützorgan 24 des Werkstückhalters
festgeklemmt. Eine Biegekante 25 des Biegewerkzeugs 2a ist
auf die Stiftkontakte 3 gerichtet.
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7 zeigt
eine schematische Perspektivansicht des Bearbeitungsbereiches 21.
Die Stiftkontakte 3 sind auf einer in Höhenrichtung Y weisenden Stützfläche 26 des
Halteorganes 23 am Werkstückhalter 24 abgelegt
und unterstützt.
Das Halteorgan 23 des Haltewerkzeugs 4 hält die Stiftkontakte 3 nieder.
Eine Biegeflanke 25a an der Biegekante 25 verläuft in der
Querrichtung Z parallel zur Reihe der Stiftkontakte 3 und
weist in deren Richtung.
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Entlang
der Biegeflanke 25a des Biegewerkzeugs 2a sind
zwischen von der Biegekante 25 aus hervorragenden Positionsvorgabeelementen 27 Biegepositionen 28 in
Form von um die Biegeflanke 25a herumlaufenden Vertiefungen
bzw. Rillen ausgeformt. Die Biegepositionen 28 sind in
Querrichtung Z gleichmäßig beabstandet
entlang der Biegeflan ke 25a angeordnet und ihre Positionen
sind auf Positionen der Stiftkontakte 3 in Querrichtung
Z entlang des Bearbeitungsbereiches 21 abgestimmt. Während des
Biegevorganges werden die Stiftkontakte 3 in den Biegepositionen 28 positioniert
und zentriert. Bewegungen der Stiftkontakte 3 parallel
zur Querrichtung Z werden während
des Biegevorganges durch die Biegepositionsvorgabeelemente 27 unterbunden, welche
die Stiftkontakte 3 seitlich halten.
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8 zeigt
den Bearbeitungsbereich 21 vergrößert in einer seitlichen Perspektivansicht.
In einem vorderen Endabschnitt bzw. Randbereich 29 des
Biegewerkzeuges 2a läuft
eine Stirnseitenfläche 30 des
Biegewerkzeuges von einer Unterseite 31 aus schräg auf eine
Oberseite 32 des Biegewerkzeuges 2a zu. Dadurch
verjüngt
sich das Biegewerkzeug 2a in Seitrichtung X zur Biegekante 25,
die in Form eines Hartmetallstabes mit rundem Querschnitt in einem ein
Gleitlager bildendes Passungselement 33 aufgenommen und
gehalten ist. Das Passungselement 33 stellt eine kreisrunde
Aufnahme 34 für
die Biegekante 25 bereit, in der die Biegekante 25 mit
durch eine Spielpassung um eine Längsachse E der Biegekante 25 bzw.
Biegefläche 25a drehbar
aufgenommen ist.
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Um
die Biegekante 25 drehbar in einem als Gleitlager fungierenden
Passungselement 33 aufzunehmen, bedarf es sehr enger Fertigungstoleranzen. So
ist bei einer Länge
der Biegekante 25 in Querrichtung Z von 50 Millimeter bis
100 Millimeter eine Gradheitstoleranz von maximal 0,1 Millimeter
zulässig,
um die Rotierbarkeit zu gewährleisten.
Die Konzentrizität des
Lagers bzw. des eine Aufnahme für
die Biegekante 25 bildenden Passungselementes 33 und
die Biegekante 25 sollte dabei eine Toleranz von IT6 oder
kleiner aufweisen.
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Vor
dem Randbereich 29 ist die Oberseite 32 des Biegewerkzeuges 2a mit
einer Aussparung 35 versehen, in der die Oberfläche des
Biegewerkzeuges 2a in der Höhenrichtung Y unterhalb des
in der Höhenrichtung
Y obersten Punktes des kreisrunden Querschnittes der Biegekante 25 liegt.
Diese Aussparung 35 und der sich in Seitrichtung X verjüngende Verlauf
im Randbereich 29 des Biegewerkzeuges 2a bewirken,
dass die Biegekante 25 sowohl in der Höhenrichtung Y als auch der
Seitrichtung Y sozusagen in exponierter Lage vom Biegewerkzeug 2a aus hervorragt.
Somit ist gewährleistet,
dass die Stiftkontakte 3 bei deren Bearbeitung durch das
Biegewerkzeug 2a nur von der Biegekante 25 und
nicht von anderen Abschnitten des Biegewerkzeuges 2a berührt werden.
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Des
Weiteren ist 8 zu entnehmen, dass das Halteorgan 23 des
Haltewerkzeuges 4 an einer dem Bearbeitungsbereich 21 zugewandten
Haltekante 36 einen abgerundeten Querschnitt mit einem Radius
f aufweist. Die Stiftkontakte 3 sind entlang des Radius
f der Haltekante 36 umgebogen. Somit haben die Stiftkontakte 3 einen
auf der Stützfläche 26 des
Stützorganes 24 aufliegenden,
zwischen dem Halteorgan 23 und der Stützfläche 26 eingeklemmten ersten,
horizontalen Abschnitt 37. Entlang der Haltekante 36 des
Halteorganes 23 haben die Stiftkontakte 3 einen
weiten, gebogenen Abschnitt 38. Ein Innenradius der Krümmung des
gebogenen Abschnittes 38 entspricht in etwa dem Radius
f der Haltekante, der als Biegeradius zu verstehen ist. An den zweiten,
gebogenen Abschnitt 38 schließt sich ein dritter, vertikaler
Abschnitt 39 der Stiftkontakte 3 an. Mit ihrem
vertikalen Abschnitt 39 werden die Stiftkontakte 3 beispielsweise
in eine Leiterplatte (nicht gezeigt) eingesetzt und mit deren Leiterbahnen
(nicht gezeigt) elektrisch leitend verbunden.
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9 zeigt
eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Biegewerkzeuges 2a.
Das Biegewerkzeug 2a ist als eine sich in ihrer Länge in der
Seitrichtung X erstreckende Biegeplatte ausgestaltet. In dem Biegewerkzeug 2a sind
Befestigungsmittel 40 in Form von Befestigungslöchern ausgeformt,
mit deren Hilfe das Biegewerkzeug 2a auf dem Werkzeugträger 5 befestigt
und fixiert werden kann. Parallel zu einer Richtung einer Längsachse
W des Biegewerkzeuges 2a weisen die Befestigungsmittel 40 einen
Abstand n auf. Durch den Abstand n zwischen den Befestigungselementen 40 kann
das Biegewerkzeug um eine in der Querrichtung Z verlaufende Querachse
Q gekippt werden, so dass sich die Ausrichtung der Längsachse
W des Biegewerkzeuges 2a und damit die Ausrichtung der
Biegekante 25 bzw. Biegeflanke 25a relativ zu
einem Kontaktpunkt (hier noch nicht gezeigt) mit den Stiftkontakten 3 variieren
lässt.
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10 zeigt
eine vergrößerte schematische Perspektivansicht
der Biegekante 25 am Randbereich 29 des Biegewerkzeuges 2a.
Die Passungselemente 33 dienen als Befestigungsorgane für die Biegekante 25.
Die Biegekante 25 ist in der Aufnahme 34 drehbar
gelagert und gegen Bewegungen in der Querrichtung Z gesichert. Eine
sich in die Aufnahme 34 erstreckende Queröffnung 41 des
Passungselementes 33 vereinfacht die Justage der Biegekante 25.
Ein Längsende 42 der
Biegekante 25 liegt im Bereich der Öffnung 41.
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Ferner
wird in 10 deutlich, dass die Positionsvorgabeelemente 27 als
sich senkrecht vom Randbereich 29 des Biegewerkzeuges 2a weg
erstreckende Ösen
ausgeformt sind. Die Biegekante 25 ist durch ösenförmige Öffnungen 27a in
den Positionsvorgabeelementen hindurchgeschoben, so dass diese die
Biegekante 25 und Biegeflanke 25a abschnittsweise
umschließen.
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11 zeigt
eine stark vergrößerte Seitenansicht
des Randbereiches 29 samt der Biegekante 25 des
in 9 und 10 gezeigten
Biegewerkzeuges 2a. Die Aufnahme 34 des als Befestigungselement
und Lager fungierenden Passungselement 33 umschließt einen
Außenradius
i der Biegekante 25. An ihrem Längsende 42 ist die
Biegekante 25 mit einer entlang ihres Außenradius
i umlaufenden Fase 43 versehen, die das Einführen der
Biegekante 25 in die Aufnahme 34 erleichtert.
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12 zeigt
eine schematische Perspektivansicht eines Lagerbereiches 44 einer
erfindungsgemäßen Biegevorrichtung 1.
In dem Lagerbereich 44 ist das Lagerelement 14 montiert,
das die Führungsachse 12 aufnimmt.
Die Führungsachse 12 ist
relativ zum Stützelement 10 drehbar
im Führungslager 11 gehalten,
das als in einer Lagerbuchse 45 des Stützelementes 10 eingesetztes
Kugellager ausgestaltet ist.
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13 zeigt
eine schematische Seitenansicht des in 12 dargestellten
Lagerbereiches 44. Das Lagerelement 14 ist mit
Befestigungsmitteln 46 in Form von Bohrungen versehen,
mit deren Hilfe das Lagerelement 14 mit einem Befestigungsblock 47 verbunden
werden kann, der auf der Sockelplatte 15 montiert ist.
Durch die Befestigungsmittel 46 können beispielsweise Schraubenbolzen
gesteckt werden, die in entsprechende Gewindebohrungen (nicht gezeigt)
des Befestigungsblockes 47 eingesetzt werden können, wobei
der Befestigungsblock 47 gewissermaßen als Adapter zum Befestigen
des Lagerelementes 14 an der Sockelplatte 15 dient.
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14 zeigt
eine schematische Seitenansicht eines Lagerelementes 14' gemäß dem Stand der
Technik. Das Lagerelement 14' hat
eine als Führung
für die
Führungsachse 12 ausgestaltete
Aufnahme 48',
die sich zu einer in Richtung der Antriebsvorrichtung 6 weisenden
Seite 49 des Lagerelementes 14' öffnet. Eine obere Führungsfläche 51' und eine untere
Führungsfläche 52' umschließen die
Führung 48' und sind parallel
zueinander angeordnet, bis sie in einen halbkreisförmigen Abschluss 53 der
Führung 48' übergehen.
Der lotrecht von den Führungsflächen 51', 52' aus gemessene
Abstand j zwi schen den Führungsflächen 51', 52' ist minimal
größer als eine
Dicke bzw. Stärke
der Führungsachse 12,
so dass diese mit ihrer Längsachse 13 sicher
und nahezu spielfrei entlang einer mittig zwischen den Führungsflächen 51', 52' verlaufenden
geradlinigen Führungslinie 54' mit einer Steigung
von 55° gemäß dem Stand
der Technik in der Führung 48' geführt ist.
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Wie
schon eingangs genannt, ist der geradlinige Verlauf der Führung 48 mit
einer festgelegten Steigung von 55° nicht an einen Biegeradius
der Stiftkontakte 3 optimal angepasst und nachteilig, weil
das Biegewerkzeug 2a, 2b bei einer geradlinigen
Führung 48' mit vorgegebenem
Steigungswinkel nicht entlang einer Oberfläche der Stiftkontakte 3 entlangrollt,
sondern abschnittsweise eher rutscht, reibt und somit die Oberfläche der
Stiftkontakte beschädigt,
wodurch ungewünschter
Abrieb entsteht.
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15 zeigt
eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagerelementes 14.
Die Führung 48 hat
zwei gleichmäßig voneinander
beabstandete Führungsflächen 51, 52.
Mittig zwischen den Führungsflächen verläuft eine
Führungslinie 54,
entlang der die Längsachse 13 der
Führungsachse 12 geführt wird.
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Die
Führungsflächen 51, 52 sind
derartig gekrümmt,
dass die Führung 48 einen
ersten Krümmungsabschnitt 55 und
einen zweiten Krümmungsabschnitt 56 aufweist.
In dem ersten Krümmungsabschnitt 55 hat
die Führungslinie 54 eine
erste Krümmung
mit einem Radius r1. In dem zweiten Abschnitt 56 hat
die Krümmungslinie 54 eine
zweite Krümmung mit
einem zweiten Krümmungsradius
r2. Die verschiedenen Krümmungsradien r1,
r2 der Führungslinie 54 bewirken
eine an das Werkstück 19 angepassten
Kippbewegung des Biegewerkzeuges 2a, 2b, die ein
Abrollen der Biegekante 25 im Biegewerkzeug 2a, 2b oder
entlang einer gewünschten
Krümmung des
gebogenen Abschnittes 38 der Stiftkontakte 3 begünstigt und
somit ungewünschte
Relativbewegungen und daraus resultierende Reibungen zwischen der
Biegeflanke 25a und den Stiftkontakten verringert.
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16 zeigt
eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Lagerelementes 14.
Hier ist die Führung 48 zwar
geradlinig und hat entsprechend eine geradlinige Führungslinie 54.
Jedoch ist die Führung 58 in
einem Lagermodul 58 ausgeformt, das in der Bewegungsebene
B des Biegewerkzeuges 2a, 2b drehbar ausgestaltet
ist. Dadurch ist eine Steigung eines Führungswinkels β der Führungslinie 54 einstellbar.
Somit ist der Führungswinkel β an die Erfordernisse
der jeweiligen Biegebearbeitung bzw. an den Krümmungsradius des gebogenen
Abschnittes 38 der Stiftkontakte 3 anpassbar,
was ungewünschten
Abrieb von den Stiftkontakten 3 reduzieren hilft.
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Für eine vereinfachte
Justage ist das Lagermodul 58 als Scheibe ausgeformt, die
mit Justagemitteln 59 in Form von entlang eines Radius
des Lagermoduls 58 verlaufenden Langlöchern versehen ist. Die Positionen
der Justagemittel 59 sind auf Positionen von Arretierungsmitteln 60 in
der Form von Durchgangslöchern
oder Gewindebohrungen in dem Lagerelement 14 ausgeformt,
in die beispielsweise Gewindebolzen zum Arretieren des Lagermoduls 58 eingesetzt
werden können.
Das Lagermodul 58 kann von dem Lagerelement 14 getrennt
und durch ein anderes Lagerelement 58 ersetzt werden, dessen
Führung 48 andere
Abmaße
oder beispielsweise einen anderen Verlauf der Führungslinie 54 aufweist.
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17a bis 17c zeigen
schematische Seitenansichten eines Biegewerkzeuges 2a, 2b und eines
Stiftkontaktes 3 jeweils zu einem verschiedenen Zeitpunkt
des Biegevorganges. In 17a steht die
Biegeflanke 25a des Biegewerkzeuges 2a, 2b mit ihrem
oberen Abschnitt an einem Kontaktpunkt 61 in Kontakt mit
dem Stiftkontakt 3. Ein Maß l ist die Länge des
Stiftkontaktes oberhalb des Kontaktpunktes.
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Ein
Winkel γ ist
der Winkel zwischen dem ersten bzw. horizontalen Abschnitt 37 des
Stiftkontaktes 3 und dem dritten bzw. vertikalen Abschnitt des
Stiftkontaktes 3. In 17a ist
der Winkel γ noch klein
und beträgt
ca. 5°.
In 17b ist der Biegevorgang fortgeschritten und der
Winkel beträgt
ca. 45°. In 17c ist der Biegevorgang abgeschlossen und der
Winkel γ beträgt 90°.
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Der
nicht umgebogene erste Abschnitt 37 des Stiftkontaktes 3 hat
eine Längsachse
L. Der gebogene dritte Abschnitt 39 des Stiftkontaktes 3 hat eine
Längsachse
L'. Der Kontaktpunkt 61 ist
im Bereich des gebogenen Abschnittes 39 angeordnet und sollte
sich optimalerweise während
des Biegevorganges nicht in Richtung der Längsachse L' verschieben.
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Während des
Biegevorganges ist es wünschenswert,
dass sich die Lage des Kontaktpunktes 61 am Stiftkontakt 3 nicht
verändert,
d. h. dass die Länge
l des Stiftkontaktes oberhalb des Kontaktpunktes 61 relativ
zur Längsachse
L' möglichst
konstant bleibt. Somit werden Reibungs- bzw. Schleifeffekte zwischen
der Biegekante 45 und der Oberfläche des Kontaktstiftes 3 und
daraus resultierender Abrieb vermieden. Optimalerweise rollt die
Biegeflanke 25a entlang der Oberfläche des Kontaktstiftes 3, falls
sich die Lage des Kontaktpunktes 61 bzw. die Länge l verändern.
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Eine
an die Lage des Kontaktpunktes 61 angepasste Kippbewegung
des Biegewerkzeuges 2a, 2b wird durch eine Optimierung
der Führungslinie 54 erreicht,
die eine Trajektorie bzw. Bahnkurve der Führungsachse 12 darstellt.
Ein Gleiten der Oberfläche
des Kontaktstückes 3 entlang
des Außenradius der
Biegekante 25 wird vermieden, indem die Biegekante 25 samt
der Biegeflanke 25a rotiert und die Lage des Kontaktpunktes 61 auf
der Oberfläche
der Biegekante 25 während
des Biegevorganges konstant bleibt.
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18a und 18b zeigen
schematische Seitenansichten der geometrischen Verhältnisse
in der Biegevorrichtung 1 und eine schematische Seitenansicht
des Bearbeitungsbereiches 21. In den 18a und 18b sind
Maße und
Winkel als diejenigen Parameter eingezeichnet, welche den Biegevorgang
bzw. die Lage des Kontaktpunktes 61 gemäß der Ausrichtung der Biegeflanke 25a an
der Biegekante 25 beeinflussen. So befindet sich die Biegekante 25 in
einer Ausgangslage A, in der mit dem Biegeprozess begonnen wird.
In der Ausgangslage A ist der Winkel α erfindungsgemäß größer als
0°. Somit hat
die Antriebsachse einen Versatz bzw. Höhenversatz d. Dabei besteht
ein Abstand zwischen der Exzenterachse 9 und der Mittelachse
M der Antriebsachse, der als Abstand a bezeichnet ist.
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Die
Exzenterachse 9 und die Längsachse 13 der Führungsachse 12 haben
einen Abstand c. Die Mittelachse M der Antriebsachse 8 liegt
mit einer Höhe
k oberhalb der Oberseite der Sockelplatte 15. Die Längsachse
L des horizontalen Abschnittes 37 der Stiftkontakte 3 liegt
mit einem Abstand d oberhalb der Oberseite der Sockelplatte 15.
Eine Mitte bzw. Mittelachse 62 des Werkstückträgers 20 und
Werkstückes 19 hat
einen Abstand d zur Mitte des Biegeradius f der Haltekante und des
gekrümmten
Abschnittes 38 der Stiftkontakte.
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18b zeigt insbesondere die Anordnung des Biegeradius
f sowie des Außenradius
i der Biegekante 25 bzw. der an ihrem Außenradius
gebildeten Biegeflanke 25a im Bearbeitungsbereich 21.
Die Mitte des Biegeradius f und die Mitte des Radius i der Biegekante
haben einen Abstand h. Der horizontale Abschnitt eines ungebogenen
Stiftkontaktes 3' bzw. gebogenen
Stiftkontaktes 3'' hat eine Dicke
g.
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19 zeigt
eine schematische Diagrammdarstellung einer beispielhaften optimalen
Führungslinie
bzw. Bahnkurve 54 für
die Führungsachse 12 für das Biegewerkzeug 2a, 2b.
Unter Berücksichtigung der
jeweiligen Abstände
und Winkel a bis k ergibt sich ein für den Biegeprozess optimaler
Verlauf der Führungslinie 54.
Es wird deutlich, dass die Führungslinie 54 den
ersten Krümmungsabschnitt 55 und
den zweiten Krümmungsabschnitt 56 aufweist.
Eine Ausgleichsgerade 54a bzw. Regressionslinie hat eine Steigung
y und ist gegenüber
der X-Achse bzw. Seitrichtung X der Biegevorrichtung 1 unter
dem Führungswinkel β geneigt.
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Sollte
es wirtschaftlich nicht vertretbar sein, für verschiedene Werkstücke 19 jeweils
ein Stützelement 10 mit
einer speziellen, an das Werkstück 19 angepassten
Führungslinie
bereitzustellen, so kann beispielsweise mit Hilfe des Lagermoduls 58 eine
gewünschte
Neigung β der
Führungslinie 54 eingestellt werden,
um die Reibung zwischen der Biegekante 25 und den Stiftkontakten 3 zu
minimieren.
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Es
hat sich herausgestellt, dass es für die Minimierung der Reibung
zwischen der Biegekante 25 und der Oberfläche des
Stiftkontaktes 3 optimal ist, wenn die Exzenterachse 9 mit
der Mittelachse M der Antriebswelle 8 nicht in der Höhenrichtung
Y auf gleicher Höhe
liegt, also keinen Winkel von 0° oder
180° aufweist.
Dadurch wird der Biegeprozess aus einer Ausgangslage A begonnen,
in der das Biegewerkzeug 2a, 2b bzw. dessen Längsachse
W gegenüber der
Längsachse
L des Kontaktstiftes 3 angewinkelt ist.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass der Abstand zwischen dem
Biegewerkzeug 2a, 2b und der Haltekante 36 bzw.
der Abstand h zwischen der Mitte des Biegeradius f und der Mitte
des Radius i der Biegekante so klein wie möglich sein sollte. Allerdings
kann dieser Abstand nicht beliebig klein gewählt werden, weil beim Biegen
der Stiftkontakte auftretende Kräfte
größer werden,
desto kleiner der Abstand h ist. Je höher die Kräfte sind, desto stärker werden
die Belastungen des Werkstückes 19,
welches sich infolge der Biegekräfte
selber biegen bzw. verzerren kann. Durch Verzerrung des Werk stückes 19 werden
die Parameter des Biegeprozesses jedoch derart beeinflusst, dass
dessen Optimierung unmöglich
erscheint. Des Weiteren besteht die Gefahr, das Werkstück 19 zu
beschädigen.
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Des
Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Biegekante 25 zu
polieren, so dass sie einen Rauheitsgrad von Ra von
ca. 0,1 aufweist. Darüber
hinaus ist eine Gleitbeschichtung der Biegekante von Vorteil. So
kann die Biegekante insbesondere mit einer Kohlenstoffhaltigen Beschichtung,
wie einer TT-DLC-Beschichtung als Gleitbeschichtung überzogen
werden. Die TT-DLC-Beschichtung ist aus amorphem Kohlenstoff gebildet
und kann durch ein PACVD-Verfahren aufgetragen werden. Eine derartige
Beschichtung kann die Reibung auf einen Wert von μ < 0,15 verringern.
Die Beschichtung kann eine Vickershärte von 2.000 bis 3.500 HV
aufweisen.
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Im
Rahmen des Erfindungsgedankens sind Abweichungen von den oben beschriebenen
Ausführungsformen
möglich.
So könnte
die Biegevorrichtung 1 anstatt mit einem aus einer mechanischen
Antriebsvorrichtung 6 und der mechanischen Führung 54 gebildeten
mechanischen Steuerung des Kurvenverlaufes der Biegekante 25 und
der Biegeflanke 25a in der Bewegungsebene B auch mit elektrischen
Servo- bzw. Schrittmotoren in einer X-Y-Anordnung realisiert werden.
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Das
Stützelement 10 kann
beliebig an der Antriebsvorrichtung 6 angebracht und an
einem Lagerelement 14 abgestützt werden, solange ein geeigneter
Bahnverlauf der Biegekante 25 gegenüber dem Stiftkontakt 3 realisiert
werden kann.
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Die
Vertikalführung 18 für das Haltewerkzeug 4 kann
beliebig pneumatisch oder durch andere gängige Antriebe realisiert werden.
Ein pneumatischer Antrieb ist jedoch von Vorteil, weil mit ihm möglichst
große
in der Y-Richtung wirkende Haltekräfte auf die Stiftkontakte 3 ausgeübt werden
können.
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Ferner
ist auch die Form des Werkstückhalters 22 und
dessen Halteorganes 20 sowie des Stützorganes 24 des Werkstückhalters 22 beliebig
an die jeweilige Biegeaufgabe anpassbar. Die Außenkontur der Positionsvorgabeelemente 27 kann
so angepasst werden, dass die Biegepositionsvorgabeelemente 27 die
Stiftkontakte 3 unbeschädigt
und unter geringen Abweichungen in der Querrichtung Z in den Biegepositionen 28 halten.
Der Randbereich 29 des Biegewerkzeuges kann dabei beliebig
ausgestaltet und verjüngt
werden, damit die Biegekante 25 optimal entlang dem gebogenen
Abschnitt 38 der Stiftkontakte 3 geführt werden
kann. Passungselemente 33, die als Lager für die drehbar
am Randbereich 29 des Biegewerkzeuges 2a, 2b aufgenommene
Biegekante 25 ausgestaltet sind, können den jeweiligen Anforderungen
zur drehbaren Lagerung der Biegekante 25 angepasst werden.