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Maschinen
zur Herstellung von Druck- und/oder Zugfedern entweder in völlig mechanischer Ausführung oder
mit numerischer Steuerung und mit einer oder zwei Stiften zur Wicklung
bzw. Formung der Windungen der Federn versehen, um die genauen Abmessungen
und die erforderliche Anfangsspannung den Federn zu geben. (Beispielweise
s. US-A-5 444 905.) Manchmal erfordert das Verfahren – hinsichtlich
der Maschinenausrüstung – eine angepasste
feste Anfangsumdrehung einer oder beider Wickelstifte Beispielweise
zum Zwecke der Erreichung der gewünschten Eigenschaften mit Bezug
auf die Ebenheit und das Schließen
der Endwindungen. Insbesondere auf Maschinen mit zwei Wickelstiften wird
der obere Wickelstift vor allem bei Rechtswicklung und der untere
vor allem bei Linkswicklung gedreht.
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Da
der Draht normalerweise longitudinal innerhalb einer kleinen Rillen
am Ende jedes Wickelstifts gleitet, bewirkt die Umdrehung des Wickelstifts um
die eigene Achse das Gleiten des Drahts gegen zwei entgegengesetzten
Kanten der Rillenseite selbst, wobei der Draht eine zweckmäßige Orientierung
nimmt, die das Erhalten des gewünschten
Vorspannungswerts am Endprodukt ermöglicht.
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Der
Vorspannungswert bzw. die Anfangsspannung mag bei Druck- oder Zugfedern
ganz unterschiedlich sein, wobei der in diesem Zusammenhang verwendete
Begriff „Anfangsspannung" die Tatsache im
allgemeinen bezeichnet, eine derartige Neigung dem Draht zu geben,
die Windungen der Feder angelegt zu halten.
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Bei
den kein Schleifen verlangenden normalen Druckfedern genügt es, erst
eine leichte Anfangsspannung zu üben,
um eine annehmbare Anordnung der Endwindungen zu erreichen. Bei
den zur Erreichung von flachen Enden das Schleifen verlangenden
Federn muß die
Anfangsspannung höher
sein, da das Schleifen eine Temperaturerhöhung am Draht mit folgender
Relaxation der inneren Spannungen des Materials verursacht, was
zu einer ungewünschten Öffnung der
Enden führen
mag. Schließlich
benötigt
man eine hohe oder sehr hohe Anfangsspannung bei den Zugfedern,
die durch eine konstante Vorspannung dem ganzen Körper entlang
gekennzeichnet sind.
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Hinsichtlich
der Ausrüstung
der Maschine bringt die Umdrehung von mindestens einer der Wickelstiften
zur Erreichung eines korrekten Werts mit Bezug auf die Anfangsspannung
unterschiedliche Nachteile ohne weiteres mit sich. Zum Beispiel:
- a) bei zylindrischen Druck- und Zugfedern weist die
erste Windung eine Form vor, die in der Achsenrichtung gebogen ist,
und zwar an einer der Anfangswindung der Feder entsprechenden Stelle.
- b) Bei konischen Federn mit einem geraden bzw. konkaven bzw.
konvexen Federnkörper,
die außer dem
Fehler a) eine stufenweise Verminderung der Anfangsspannung unter
Erhöhung
des Federndurchmessers immer vorweisen, ist keine auf die ersten
Federwindungen ausgeübte
feste Korrektur für
die letzten Windungen mit größerem Durchmesser
ausreichend. Was die Möglichkeit
einer Öffnung
an der Federnendwindung mit sich bringt. Selbstverständlich verursacht
die Erhöhung
der auf die Federnwindungen ausgeübten Anfangsspannung eine Vermehrung
der unerwünschten Verformungserscheinungen
an der Anfangswindung der Feder. Die übermäßige Verminderung der Anfangsspannung
zur Beseitigung dieser Verformung der Anfangswindung bringt dagegen
eine sichere Öffnung
der Federnendwindung mit sich.
- c) Im allgemeinen weisen alle Druckfedern mit mittleren oder
hohen Steigungswerten Striche am Draht vor, die auf den hohen Kontaktdruck
zurückzuführen sind,
der auf den Kanten der Rille der Wickelstifte im folge der starken
Veränderung
des Schrauben-Winkels zwischen den Endwindungen und dem Federnkörper entsteht.
Beide (i) Stiche am Draht und (ii) den folgenden Verschleiß des Kanten
der Rille der Wickelstifte kann man nur dank der veränderlichen
Orientierung der Wickelstifts vermeiden, und zwar u.a. durch die
Steigung bedingt. Derzeitig ist dies unmöglich, wenn man nur eine feste
Anfangsorientierung des Wickelstifts vorsieht.
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Zweck
der Erfindung ist die Kontrolle der Drahtspannung im Laufe des ganzen
Federnwicklungsverfahrens, indem man diese Spannung ständig verändert, um
den obigen Nachteilen zu begegnen.
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Die
Methode der Erfindung wird im Anspruch 1 beschrieben.
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Die
zweckmäßige Federnwindemaschine wird
im Anspruch 2 beschrieben.
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Gemäß der Erfindung
ermöglicht
die Methode eine stufenlose Winkelkorrektur des Wickelstifts auf
Maschinen mit zahlreichen Wickelstiften im Laufe des Produktionszyklus
jeder einzelnen Feder, wobei diese Korrektur gemäß gewissen durch Berechnung und/oder
praktische Versuche bedingten Gesetzten durchgeführt wird und sich durch eine
zyklische Rückkehr
zu einer Anfangsstellung wiederholt. Die Wiederholung des Zyklus
kann man einfach bestimmen, z.B. je nach der Länge des zur Fertigung eines Teils
gelieferten Drahts bzw. gemäß der Stellung
des den Draht am Ende des Federnzyklus abschneidenden Messers.
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Ein
zusätzlich
durch die Kontrolle der Umdrehung des Wickelstifts entstehender
Vorteil liegt darin, auch Druckfedern mit niedrigen Steigungswerten ohne
Verwendung des Steigungskeils zur Erreichung der gewünschten
Steigung zu fertigen; in der Tat kann man die Steigung der Feder
unter solchen Umständen
durch die einfache Umdrehung des Wickelstifts erhalten, ohne die
Maschine mit Steigungskeilen ausrüsten zu müssen.
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Der
Mechanismus zur Steuerung der Umdrehung des Wickelstifts gemäß der Methode
der Erfindung mag einem der folgenden Punkte beispielweise entsprechen:
- 1) die Welle zur Halterung des Wickelstifts
für die Federnwindungen
kann man mit einem angepassten mechanischen System mit Nocken und Hebel
verbinden;
- 2) Die Welle zur Halterung des Wickelstifts kann man durch einen
Hebel umdrehen, der mittels eines pneumatischen oder öldynamischen
Kolbens unter Trieb-Kontrolle bewegt wird;
- 3) Die Welle des Wickelstifts kann man direkt durch einen Elektromotor
bewegen, der möglichst mit
einem Untersetzungsgetriebe versehen ist und je nach einem voreingestellten
Programm elektronisch gesteuert wird.
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Diese
Erfindung wird man durch die folgende Beschreibung am besten schätzen können, die
als Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen angeführt wird,
wobei:
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Die 1 stellt
das Schema im Frontaufriss der Betriebszone einer Federnwindemaschine
dar, die mit zwei Wickelstiften für die Windungen versehen ist;
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Die 2 stellt
das Schema im Frontaufriss und vergrößertem Maßstab einer der Wickelstifte
der 1 dar, die auf einer Welle steht, deren Umdrehung über Hebelsteuerung
erfolgt, deren Arm mit einem öldynamischen
bzw. pneumatischen Zylinder beispielweise verbunden ist;
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Die 3 ist
ein Seitenaufriss der Hebelsteuerung für die Wickelstifte, die als
Schema in der 2 dargestellt wird;
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Die 4 stellt
das Schema im Frontaufriss der Welle zur Halterung des Wickelstifts
dar, die mit einem Elektromotor mittels eines angeschlossenen Untersetzungsgetriebes
verbunden ist;
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Die 5A, 5B und 5C stellen
jeweils die typischen Fehler der unterschiedlichen Federntype beispielweise
dar, und zwar bei einer zylindrischen Druckfeder, einer zylindrischen
Zugfeder und einer konischen Feder, die durch eine bei der Einstellung
einer Maschine bestimmte Umdrehung der Wickelstifte gefertigt werden.
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Die 5D stellt
im vergrößerten Maßstab den
Fehler an der ersten Windung der Federn gemäß 5A, 5B und 5C dar;
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Die 6A stellt
eine weitere negative Folge des Fehlers an der ersten Windung gemäß 5D nach
der Phase des End-Schleifens, das man auf einer durch die feste
Umdrehung des Wickelstifts gefertigten Druckfeder durchführt;
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Die 6B stellt
im vergrößerten Maßstab den
Fehler gemäß 6A dar;
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Die 7A und 7B stellen
jeweils im großen
und vergrößerten Maßstab das
auf einer Druckfeder erhaltene Ergebnis dar, wobei die Feder gemäß dieser
Erfindung durch die veränderliche
Umdrehung des Drahtwickelstifts/der Wickelstifte nach der Phase
des Endschleifens gefertigt wird.
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Die 8 stellt
ein Qualitätsdiagramm
mit Bezug auf den veränderlichen
Verlauf der Anfangsspannung – in
Umdrehgrad des Wickelstifts ausgedrückt – je nach dem eingezogenen
Draht bei der Fertigung einer zylindrischen Feder dar.
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Die 9 stellt
ein Qualitätsdiagramm
mit Bezug auf den veränderlichen
Verlauf der Anfangsspannung – in
Umdrehgrad der Wickelstifte ausgedrückt – je nach dem eingezogenen
Draht bei der Fertigung einer konischen Feder dar.
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Die
Methode zur Durchführung
der kontrollierten Veränderung
der Anfangsspannung wird jetzt je nach der Erfindung mittels einiger
Beispiele einer Federnwindemaschine beschrieben.
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Mit
Bezug auf die 1 ist die Federnwindemaschine 1 – schematisch
nur teilweise dargestellt – mit
einem oder mehreren Paar Walzen 2, 2' zum Zwangsdrahteinzug
versehen, so der Draht um eine Spindel 4 umdrehen muss.
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Auf
der berücksichtigten
Federnwindemaschine wird der Draht zum Erhalt der angemessenen Biegung
durch beide Wickelstifte 6 und 8 geführt, je mit
einer U-förmigen
Nute versehen. Der Draht gleitet am Boden der Nute, um den erforderlichen
Ablenkungsschub um die Spindel 4 zu bekommen. Die Köpfe 6 und 8 sind
auf den jeweiligen Wellen montiert, die um die jeweilige Achse 7 um
einen gewissen Winkel umdrehen können,
so daß der
Draht die Neigung zur Anordnung in mehr oder weniger angelegten
Windungen bei einer gewissen Anfangsspannung nimmt.
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Die 2 und 3 stellen
jeweils das Schema – im
Front- und Seitenaufriss – einer
mechanischen Lösung
dar, in der der Wickelstift 6 beispielweise mit einer Welle 6' verbunden ist,
die um Lager innenseitig eines Gehäuses 9 umdreht. Die
Welle schließt
einen Hebelarm 11 ein, der durch den Schaft 12 eines
pneumatischen oder öldynamischen
Kolbens P mittels eines Gabelgelenks betätigt sein kann.
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Die 4 stellt
immer schematisch eine alternative Lösung mit direkter Umdrehung
der Welle 6' dar,
die den Wickelstift 6' stützt und
durch das Gelenk 15 mit dem Ausgang des Untersetzungsgetriebes 18 verbunden
ist, die durch einen Elektromotor 20 angetrieben wird.
Der Elektromotor 20 kann elektronisch gesteuert werden,
und zwar durch einen je nach dem Federntyp und der Drahteinzugslänge programmierbaren
Prozessor.
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Die
Zweckmäßigkeit
einer Kontrolle der Umdrehung der Wickelstifte ist klar und deutlich
aus der Abbildung der Fehler an den Federn zu entnehmen, die durch
eine bei der Einstellung der Maschine bestimmte Orientierung des
Wickelstifts bzw. der Wickelstifte gefertigt werden.
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Gemäß 5A ist
es bei Druckfedern mit einer durchschnittlichen oder starker Veränderung des
Schraubenwinkels zwischen den Endwindungen und dem Federnkörper (laut
Zeichnung beispielweise von α bis α') hauptwichtig, die
Möglichkeit
einer Unterstützung
dieser Veränderung
durch die Umdrehung des Wickelstifts innerhalb des Federnwindezyklus
zu geben.
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Außerdem ist
in der 5A die typische Biegung des
Anfangsteils der ersten Windung der Feder zu sehen, die bei der
Zugfeder laut 5B und der konischen Feder laut 5C nochmals
wiederholt wird. Der im vergrößerten Maßstab in
der 5D gezeigte Fehler kann man bei Federn normalen
Typs annehmen, und zwar aber mit einer Verschlimmerung des Problems
wenn man eine durchs Schleifen zu erreichende Ebenheit für die gegenüberliegenden
Federnenden braucht.
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Wie
es aus der 6A und im vergrößerten Maßstab 6B zu
entnehmen ist, bewirkt das Schleifen eine Verkleinerung des Querschnitts
A der Windung mit folgendem Bruchgefahr. Dagegen stellen die 7A und 7B den
Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung
dar, wobei der Biegungsfehler der Endwindung beseitigt wird und
die Federnenden keinem Bruchgefahr mehr ausgesetzt sind.
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Schließlich kann
man die Ebenheit der letzten Größtdurchmesser-Windung
der konischen Federn dank der Kontrolle der Korrektur des Drahtzwangs
halten und somit die ungewünschte Öffnung mit
Bezug auf die untere Ebene vermeiden – s. X in der 5C – die auf
die Verminderung der Wirkung der festen Anfangsspannung unter Vergrößerung des
Durchmessers zurückzuführen ist.
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Qualitätsbeispiele
bezüglich
der Veränderung
der Umdrehung jeglicher Drahtwickelstifte im Rahmen des Wicklungszyklus
einer Feder sind in den 8 und 9 angeführt.
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In
diesen Abbildungen wird die Veränderung der
Anfangsspannung mit Bezug auf die Ordinatenachse dargestellt, u.z.
in Umdrehungsgrad des Wickelstifts, während die zur Fertigung einer
gewissen Feder erforderliche Drahteinzugslänge auf der Abszissenachse
zu sehen ist.
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Insbesondere
bezieht sich die 8 auf eine zylindrische Feder
und die 9 auf die Fertigung einer konischen
Feder.
- TRADUZIONE DIDASCALIE
- 7A-7B-8-9
- Wickelstift-Umdrehung (Grad)
- Drahteinzugslaenge (mm)
(54) „Verfahren zur stufenloser
und steuerbarer Veränderung
des Anfangsspannung der Federn im Laufe der Produktion und eine
Maschine zur Durchführung
dieses Verfahrens"
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(57)
Es handelt sich dabei um die Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung
von Federn auf mit einer oder mehreren Wickelstiften/-nasen (6, 8)
versehenen Federnwindemaschinen, der Art, daß die bzw. mindestens ein dieser
Stifte um einen gewissen Winkel am Anfang umgedreht wird, um die
angemessene Spannung an den Endwindungen zu erzeugen. Dann wird
dieser Stift (6, 8) in eine oder mehrere Winkelstellungen
umgedreht, um die für
die folgenden Windungen erforderliche Spannung zu erreichen, wobei
diese Drehbewegungen des Stifts bzw. der Stifte durch jegliche angepassten
Mitteln erzeugt werden.
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Die
Federnwindemaschine zur Durchführung dieses
Verfahrens sieht Mittel zur die Winkeleinstellung des Wickelstifts
bzw. der Wickelstifte (6,8) zur Windung des Drahts
(3) der Feder vor, z.B. Hebel mit Nockensteuerung bzw.
einer pneumatischen/öldynamischen
Steuerung oder einem Elektromotor-Antrieb.