DE19514486A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schraubenfedern - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von SchraubenfedernInfo
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Wire Processing (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor
richtung zur Herstellung von Schraubenfedern durch
Federwinden, wobei ein Draht von einer Einzugsvor
richtung eingezogen und mit einer Umformein
richtung, bestehend aus Windestiften oder -rollen
bzw. Windedorn und einer Steigungseinrichtung, um
geformt wird.
An Schraubenfedern werden von Seiten der industri
ellen Anwender zunehmend erhöhte Genauigkeitsanfor
derungen hinsichtlich Einhaltung der konstruktiv
festgelegten Federkennwerte, speziell der Feder
kennlinie, gestellt. Gründe dafür sind insbesondere
die steigenden Anforderungen an Maschinen und Ge
räte, in denen Schraubenfedern eingesetzt werden,
sowie der wachsende Automatisierungsgrad in der
Fertigung von Maschinen und Geräten mit der Ten
denz, daß nur eng tolerierte Bauteile verarbeitet
werden können.
Der Federdraht als Ausgangsmaterial unterliegt
werkstoffbedingten, geometrischen und verar
beitungstechnischen Schwankungen. Sie äußern sich
in Abweichungen des Drahtdurchmessers d, der
Festigkeitswerte bzw. Werkstoffkennwerte von ihren
Nennwerten und in Verdrillungen infolge elastischer
Torsionsspannungen. Außerdem spielen auch Ab
weichungen eine maßgebliche Rolle, die sich aus dem
plastisch-elastischen Verformungsverhalten des
Federdrahtes ergeben und meist in vorgelagerten
Fertigungsstufen ihre Ursache haben.
Die genannten Schwankungen verursachen erhebliche
Abweichungen der Parameter der kaltgeformten
Schraubenfeder von den konstruktiv festgelegten
Daten, deren Auswirkungen in Abweichungen der
Federkennlinie von der Sollkennlinie feststellbar
sind.
Die Kennlinie kann aufgrund der bekannten Beziehung
für die Federrate
d - Drahtdurchmesser
G - Gleitmodul
Dm - mittlerer Windungsdurchmesser
nf - Anzahl federnder Windungen
G - Gleitmodul
Dm - mittlerer Windungsdurchmesser
nf - Anzahl federnder Windungen
in Abhängigkeit vom jeweiligen d- bzw. G-Istwert
des Drahtes und des sich nach der Drahtumformung
ergebenden Istwertes des mittleren Windungsdurch
messers Dm hinsichtlich der Steigung beträchtlich
variieren und durch Verdrillungen hervorgerufene
Steigungs- und Längenschwankungen der Feder auch
parallel zu sich verschoben sein.
In der Folge entsteht bei der Federherstellung
zwangsläufig Ausschuß, dessen Anteil bei Federn mit
kleinen Abmessungen und hohen Genauigkeitsforderun
gen beträchtlich sein kann. Da dieser Ausschuß
meist erst an der endbearbeiteten Feder feststell
bar ist, ergeben sich erhebliche volkswirtschaft
liche Verluste. Außerdem führen die notwendigen
Mehraufwendungen für Material und Energie zu zu
sätzlichen Umweltbelastungen.
Im Stand der Technik sind Maschinen zur Federher
stellung, die über Einzugsrollen, mechanisch oder
elektrisch gesteuerte Windestifte oder -rollen,
Steigungs- und Formwerkzeuge verfügen, bekannt.
Ihre Entwicklung war zunächst hauptsächlich darauf
gerichtet, möglichst hohe Stückzahlen zu erreichen
und bei vertretbarem Aufwand auch die Umrüstung zur
Fertigung von Federn mit unterschiedlichen Abmes
sungen und Formen zu gewährleisten.
Bei den bekannten Maschinen ist nachteilig, daß sie
nicht in der Lage sind, die Schwankungen des Aus
gangsmaterials Federdraht während der Fertigung zu
erfassen und auszugleichen.
Im Stand der Technik sind auch Maschinen mit Über
wachungs- und Qualitätssicherungssystem bekannt,
bei denen die Federlänge mechanisch, optisch, kapa
zitiv oder auch durch Induktionsänderung gemessen
oder geprüft wird.
Es sind weiterhin Systeme bekannt, die mit Hilfe
dieser Meß- bzw. Prüfmöglichkeiten Ausschußfedern
erkennen und aussortieren sowie selbständig Korrek
turen an der Steuerung des Federwindeautomaten vor
nehmen. Dies geschieht in der Regel auf der Grund
lage von Methoden zur statistischen Prozeßregelung.
Andere realisierte Varianten liefern bei vorhan
denen Abweichungen der gefertigten Federn über Dia
logsysteme entsprechende Fehlermeldungen an den
Bediener, der dann in die Steuerung korrigierend
eingreifen muß. Weiterhin sind Systeme bekannt, die
nach einer entsprechenden Anzahl von unmittelbar
hintereinander gefertigten Ausschußfedern den Her
stellungsprozeß unterbrechen.
Bei allen bekannten Verfahren zur Messung, Kon
trolle und Korrektur von Federdaten ist nachteilig,
daß sie die geometrischen Federgrößen erst an fer
tigen Federn, oft bereits an Ausschußfedern, kon
trollieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art anzugeben, welche hohe Genauigkeiten bei der
Federherstellung gewährleisten und gleichzeitig den
Ausschuß minimieren.
Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe
durch ein Verfahren und eine Anordnung mit den in
den Ansprüchen 1 bis 10 angegebenen Merkmalen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungs
gemäße Vorrichtung zeichnen sich durch eine Reihe
von Vorteilen aus.
Zum Erfassen der Parameter des Federdrahtes in
einer oder in zwei Ebenen sind mehrere Verfahren
möglich. Die Erfassung in zwei Ebenen ermöglicht
es, Abweichungen des Drahtquerschnittes zu erfassen
und der Prozeßregelung zuzuführen. Vorteilhaft sind
neben taktil oder berührungslos messenden elek
trischen Sensoren auch optische Sensoren, die die
Änderung lichttechnischer Größen auswerten.
Die Korrektur der Drahtdurchmesserschwankungen ist
besonders für vergütete Federdrähte wichtig. Bei
diesen Drähten bauen sich zwar die beim Ziehen ent
standenen Spannungen aufgrund des abschließenden
bei über 860°C durchgeführten Härteprozesses ab,
dafür kommt es in der Ofenstrecke aber selbst bei
kleinsten Behinderungen des Drahtablaufhaspels zur
verjüngenden Streckung des Drahtes. Drahtdurchmes
serschwankungen sind hier deshalb wesentlich ausge
prägter als bei patentiert gezogenen und bei nicht
rostenden Drähten.
Durch Kombination der Windewerkzeuge mit
Kraftmeßeinrichtungen wird es möglich, die Umform
kräfte beim Federwinden zu messen und durch deren
Auswertung Rückschlüsse auf Veränderungen der
Federparameter zu ziehen und diese Änderungen in
die Maschinensteuerung einzubeziehen.
Eine weitere spezielle Ausführung sieht vor, daß
eine E- bzw. G-Modul-Meßeinrichtung aus Rollen
besteht, welche ein geringfügiges elastisches Ver
formen des Drahtes um definierte Werte bewirken und
dabei die erforderlichen Verformungskräfte messen.
Da der Drahtausgangszustand bereits vor dem Umform
prozeß ermittelt und beim Steuern der Windewerk
zeuge berücksichtigt wird, kann der Ausschuß
wesentlich reduziert werden.
Außerdem kann auch das Umformergebnis stetig über
wacht sowie die Soll-Ist-Abweichung über einen
schnellen Echtzeit-Regler auf die Werkzeugstellung
rückgeführt werden.
Dies führt zu beträchtlichen Lohn-, Material- und
Energiekostenreduzierungen sowie zur Verringerung
der Aufwendungen für das Werkstoffrecycling und zur
Reduzierung zusätzlicher Umweltbelastungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungs
gemäße Vorrichtung können vorteilhaft bei der Her
stellung neuer Federfertigungsautomaten angewendet
werden, wobei die Anwendung nicht auf Schraubenfe
derwindeautomaten beschränkt bleibt, sondern auch
für andere Maschinen zur Federherstellung geeignet
ist. Sie kann auch an bereits vorhandenen NC-gesteuerten
Federwindeautomaten nachgerüstet wer
den, so daß ein möglichst großer Kreis von
Federherstellern ohne grundlegende Erneuerung des
Maschinenparks und mit geringem finanziellen Auf
wand die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzen kann.
Es ist ferner möglich, die Federn aufgrund der ge
wonnenen Meßergebnisse in verschiedene Qualitäts
klassen zu sortieren.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines
Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der zuge
hörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der
erfindungsgemäßen Maschine,
die Fig. 2 und 3 die Anordnung zur Ermitt lung des Federdurchmessers und
die Fig. 2 und 3 die Anordnung zur Ermitt lung des Federdurchmessers und
Fig. 4 die Verknüpfungen der einzelnen Bau
gruppen in Form eines Blockschaltbildes.
In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Maschine sche
matisch dargestellt. Zum Anfertigen einer Schrau
benfeder wird der Draht zunächst an einer Draht
durchmessermeßeinrichtung 1 vorbeigeführt, an der
der aktuelle Durchmesser des Federdrahtes ermittelt
wird. Anschließend gelangt der Draht in die Meßein
richtung zur Ermittlung des E- bzw. G-Moduls. Die
Meßeinrichtung besteht aus Rollen 2, von denen
mindestens die Rolle 2.3 senkrecht zur Rollenachse
verstellbar ist, das Rollenpaar 2.2 angetrieben
wird und das Rollenpaar 2.1 frei mitläuft. Bei
dieser Verstellung wird ein elastisches Verformen
des Drahtes um definierte Werte bewirkt. Mit den
Rollen sind Sensoren verbunden, mit denen die La
gerkräfte A, B, und C kontinuierlich gemessen wer
den. Diese Lagerkräfte sind von den Mate
rialeigenschaften des Federdrahtes abhängig und ge
statten die Ermittlung des E-Moduls. Damit wird es
möglich, den G-Modul für den jeweils aktuellen Zu
stand zu bestimmen. Um die Messung unabhängig von
Einflüssen der Maschinenfunktion durchzuführen,
sind die Schlaufen 4 angeordnet. Die
Verformungseigenschaften des zu verarbeitenden
Drahtes können erkannt und entsprechende Reaktionen
eingeleitet werden. Solche Reaktionen können z. B.
ein Warnsignal sein oder entsprechende Verstellbe
wegungen der Formwerkzeuge auszulösen. Nachdem der
Draht diese Einrichtung passiert hat, gelangt er in
die Zuführeinrichtung Z und anschließend in die
Umformeinrichtung. Von der Umformeinrichtung sind
in Fig. 1 die Windestifte 3.1 und 3.2 dargestellt,
die elektrisch verstellbar sind. Durch eine weitere
Stelleinrichtung wird die Verstellung des Stei
gungskeils ermöglicht, so daß alle geometrischen
Parameter der herzustellenden Feder beeinflußt wer
den können. An den Windestiften 3.1 und 3.2 sind
Kraftsensoren angebracht, mit denen die Windekräfte
F1 und F2 kontinuierlich ermittelt werden. Damit
werden auch Änderungen der Drahtumformeigenschaften
erfaßt und zur Auswertung der Prozeßregelung zu
geführt.
Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Anordnung, mit der
der Federaußendurchmesser und die Steigung P nach
dem Winden ermittelt werden können. Als Meßeinrich
tung sind hierzu verschiedene Lösungen möglich. Im
dargestellten Beispiel wird der Federdurchmesser an
der Feder 5 mit Hilfe einer CCD-Matrix 6 ermittelt.
Die Feder 5 liegt dabei definiert an der V-Nut 7
an. Schwankungen des Federdurchmessers sind auch in
bekannter Weise nach dem Schattenbildverfahren oder
dem Scanningprinzip mit optischen Meßeinrichtungen
erfaßbar.
Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung die Ver
knüpfungen der einzelnen Baugruppen. Die erforder
lichen Stellbewegungen werden durch einen Maschi
nenrechner, der über eine Signalaufbereitung mit
den einzelnen Meßstationen der Maschine verbunden
ist, angesteuert.
Der Draht wird dabei vom Drahteinzug in die Vor
richtung gezogen. Er durchläuft zuvor die
Drahtdurchmessermeßeinrichtung DDME. Der Draht
einzug ist in an sich bekannter Weise mit einer
Wegmeßeinrichtung verbunden, von der ein Signal
über die Länge des zu verarbeitenden Drahtes ge
wonnen wird. Diese Meßeinrichtung ist hier nicht
mit dargestellt. Dem Drahteinzug vorgeschaltet ist
außerdem erfindungsgemäß eine E- bzw. G-Modulmeß
einrichtung E/G-ME mit einer Kraftmeßeinrichtung
KME und einer Wegmeßeinrichtung WME, mit der die
Verformung des Drahtes und die dazugehörige Kraft
ermittelt werden. Aus den ermittelten Kraft- und
Verformungswerten können die aktuellen Werte für
den E-Modul des Drahtes bestimmt werden. Aus dem E-Modul
läßt sich der G-Modul ermitteln. Nachdem der
Draht die Meßeinrichtung durchlaufen hat, wird er
der Einzugeinrichtung und damit der Um
formeinrichtung zugeführt, die die Windestifte 3
und den Steigungskeil enthält. Windestifte 3 und
Steigungskeil sind jeweils mit Linearantrieben ver
bunden, mit denen die aktuell erforderliche Stel
lung dieser Elemente positioniert wird. Die Winde
stifte 3 sind außerdem mit einer Kraftmeßeinrich
tung KME verbunden, die Aussagen über die gemesse
nen Umformkräfte zur Auswertung an die
Signalaufbereitung übergibt. Nach dem Durchlaufen
der Umformeinrichtung ist der Draht zu einem Feder
körper geformt. Die Abmessungen des Federkörpers
werden von der Außendurchmesser-Meßeinrichtung ADME
und der Steigungsmeßeinrichtung SME ermittelt. Der
Federkörper wird mit Hilfe eines von der Si
gnalaufbereitung angesteuerten Trennmessers in der
jeweils erforderlichen Länge abgeschnitten. Die da
durch entstandene Feder wird mit einer Längenmeß
einrichtung LME und einer Kraftmeßeinrichtung KME
so ausgewertet, daß die Kennlinie der Feder be
stimmt ist. Die so gewonnenen aktuellen Daten wer
den ebenfalls der Signalaufbereitungseinrichtung
zugeführt. Das Messen der Federlänge mittels Län
genmeßeinrichtung LME sowie der Federkräfte mittels
der Kraftmeßeinrichtung KME und die damit mögliche
Bestimmung der Federkennlinie kann auch vor dem Ab
schneiden der Feder durchgeführt werden.
Die Anordnung ermöglicht es, Federdrahtdurchmesser
abweichungen zu erfassen sowie entsprechende Kom
pensationen und deren Auswirkungen auf die Steigung
der Federkennlinien durch geregelte Änderung ande
rer Federparameter, vorzugsweise des Federdurchmes
sers, zu realisieren. Da außerdem der Istwert des
Gleitmoduls erfaßt wird, können daraus eine Reihe
weiterer Korrekturinformationen zur Einhaltung der
Federkennlinie gewonnen und bei den Stellbewegungen
berücksichtigt werden.
Bezugszeichenliste
1 Drahtdurchmessermeßeinrichtung
2 Rollen
3 Windestifte
4 Schlaufen
5 Feder
6 CCD-Matrix
7 V-Nut
A, B, C Reaktionskräfte
F₁, F₂ Windekräfte
P Steigung
Da Federaußendurchmesser
DDME Drahtdurchmesser-Meßeinrichtung
ADME Außendurchmesser-Meßeinrichtung
SME Steigungsmeßeinrichtung
LME Längenmeßeinrichtung
KME Kraftmeßeinrichtung
WME Winkelmeßeinrichtung
Z Zuführeinrichtung
E/G-ME E bzw. G-Modul-Meßeinrichtung
2 Rollen
3 Windestifte
4 Schlaufen
5 Feder
6 CCD-Matrix
7 V-Nut
A, B, C Reaktionskräfte
F₁, F₂ Windekräfte
P Steigung
Da Federaußendurchmesser
DDME Drahtdurchmesser-Meßeinrichtung
ADME Außendurchmesser-Meßeinrichtung
SME Steigungsmeßeinrichtung
LME Längenmeßeinrichtung
KME Kraftmeßeinrichtung
WME Winkelmeßeinrichtung
Z Zuführeinrichtung
E/G-ME E bzw. G-Modul-Meßeinrichtung
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern,
durch Federwinden, wobei ein Draht von einer Ein
zugsvorrichtung eingezogen und mit einer Umformein
richtung, bestehend aus Windestiften oder -rollen
und einer Steigungseinrichtung umgeformt wird, da
durch gekennzeichnet, daß
- - der Draht vor der Zuführung zur Umformeinrichtung eine Meßeinrichtung durchläuft, in der der Draht durchmesser ermittelt wird,
- - aus dem Meßergebnis die erforderlichen Kompensationsgrößen für die Stellung der Winde stifte oder -rollen und des Steigungskeiles ermit telt werden und
- - die Stellung der Windestifte oder -rollen und des Steigungskeils in Abhängigkeit von diesen Kompensa tionsgrößen verändert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Draht einer weiteren Meßeinrichtung
zugeführt wird, mit der der E-Modul und daraus der
G-Modul ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß mit sensoriellen Windestiften
die Umformkräfte ermittelt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß an der Feder nach dem
Winden der Außendurchmesser der Feder, die Steigung
der Feder, die Federlänge im ungespannten Zustand
und zur Bestimmung der Federkennlinie Federlängen
und zugehörige Federkräfte einzeln oder in beliebi
gen Kombinationen ermittelt und auf die Regelung
zurückgeführt werden.
5. Vorrichtung zur Herstellung von Schraubenfedern
durch Federwinden, mit einer Einzugsvorrichtung und
mit einer Umformeinrichtung, bestehend aus Winde
stiften mit gesteuerter Verstelleinrichtung und
einer Steigungseinrichtung mit gesteuerter Ver
stelleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß an
der Vorrichtung eine Drahtdurchmessermeßeinrichtung
angebracht ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß, eine Meßeinrichtung zur Bestimmung
des E-Moduls bzw. des G-Moduls angebracht ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die E-Modul- bzw. G-Modul-Meß
einrichtung aus Rollen besteht, welche ein elasti
sches Verformen des Drahtes um definierte Werte be
wirken und dabei die Verformungskräfte und Verfor
mungswege messen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß an den Windestiften
oder -rollen Kraftsensoren zur Ermittlung der Ver
formungskräfte angebracht sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit ei
ner Einrichtung zur Messung des Federaußendurchmes
sers und der Steigung der Feder verbunden ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorrichtung eine
Einrichtung zur Messung der Federlänge und der Fe
derkräfte und somit der Federkennlinie angebracht
sind.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995114486 DE19514486A1 (de) | 1995-04-19 | 1995-04-19 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schraubenfedern |
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US08/849,604 US5865051A (en) | 1994-12-07 | 1995-12-06 | Procedure and apparatus for the optimized manufacture of coil springs on automatic spring winding machines |
EP95942014A EP0796158B1 (de) | 1994-12-07 | 1995-12-06 | Verfahren und vorrichtung zur optimierten herstellung von schraubenfedern auf federwindeautomaten |
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DE59502367T DE59502367D1 (de) | 1994-12-07 | 1995-12-06 | Verfahren und vorrichtung zur optimierten herstellung von schraubenfedern auf federwindeautomaten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995114486 DE19514486A1 (de) | 1995-04-19 | 1995-04-19 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schraubenfedern |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19514486A1 true DE19514486A1 (de) | 1996-10-24 |
Family
ID=7759912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1995114486 Withdrawn DE19514486A1 (de) | 1994-12-07 | 1995-04-19 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schraubenfedern |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19514486A1 (de) |
Cited By (1)
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- 1995-04-19 DE DE1995114486 patent/DE19514486A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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