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WO2012130596A2 - Verfahren zur herstellung eines biegeteils und biegemaschine zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines biegeteils und biegemaschine zur durchführung des verfahrens Download PDF

Info

Publication number
WO2012130596A2
WO2012130596A2 PCT/EP2012/054196 EP2012054196W WO2012130596A2 WO 2012130596 A2 WO2012130596 A2 WO 2012130596A2 EP 2012054196 W EP2012054196 W EP 2012054196W WO 2012130596 A2 WO2012130596 A2 WO 2012130596A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bending
angle
workpiece
arm
end portion
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/054196
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012130596A3 (de
Inventor
Jürgen Wolf
Original Assignee
Wafios Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wafios Ag filed Critical Wafios Ag
Publication of WO2012130596A2 publication Critical patent/WO2012130596A2/de
Publication of WO2012130596A3 publication Critical patent/WO2012130596A3/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D7/00—Bending rods, profiles, or tubes
    • B21D7/14—Bending rods, profiles, or tubes combined with measuring of bends or lengths
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D7/00—Bending rods, profiles, or tubes
    • B21D7/02—Bending rods, profiles, or tubes over a stationary forming member; by use of a swinging forming member or abutment
    • B21D7/024—Bending rods, profiles, or tubes over a stationary forming member; by use of a swinging forming member or abutment by a swinging forming member

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a bent part according to the preamble of claim 1 and to a bending machine arranged for carrying out the method according to the preamble of claim 9.
  • Preferred field of application is the bending of pipes.
  • the movements of machine axes of a bending machine are controlled by means of a control device coordinated to the workpiece, such as a wire, a pipe, a pipe or a rod, by plastic Forming one or more lasting bends.
  • the workpiece is reshaped by means of a bending machine having a bending head with a bending arm having means for engaging an end portion of the workpiece and being rotatable about a bending axis by means of a bending drive controlled by a controller.
  • the means for engaging may be, for example, a bending pin which is applied to the end portion for bending on one side becomes. Bending pins are used, for example, for wire bending.
  • the means for engaging may also be a tensioning device for clamping the end portion. Such clamping devices are often used when bending pipes by means of rotary draw bending.
  • a section of the workpiece to be reshaped is first brought into a starting position in the engagement region of the bending head. If prefabricated, ready-cut individual workpieces are to be bent, they can be inserted into the bending machine for this purpose. It is also possible to move from a longer workpiece supply a piece of suitable length by a Zubuchroperation in the starting position. Thereafter, the means for engaging is brought into contact with the end portion. This may vary depending on the construction of the machine, e.g. by applying a bending pin to the end portion on one side or by clamping the end portion by means of a tensioning device, e.g. the end portion between a clamping jaw of the clamping device and a bending mold is fixed.
  • a tensioning device e.g. the end portion between a clamping jaw of the clamping device and a bending mold is fixed.
  • the outer contour of the bending mold can stabilize the inner contour of the bend and specify their radius exactly.
  • a bending operation without bending form is also possible. Thereafter, in a bending operation, by bending the bending arm about the bending axis, bending is generated between a feed side portion of the workpiece and the end portion.
  • the relative orientation of the end portion to the feed side portion is commonly described by the "bend angle.” For the purposes of this application, this is defined as the angle that a plane normal to the neutral fiber of the feed side portion has with a plane normal to the neutral fiber of the end portion
  • the bending angle is the angle between the extended center axes of the feed side portion and the end portion. In the idealized case, the magnitude of the bending angle corresponds to the angle of rotation which the bending arm travels to produce the desired bend.
  • the bent end portion springs back after a bending process due to the elastic plastic material behavior by a certain angular amount, which is usually referred to as springback angle.
  • the springback is usually compensated by the fact that the workpiece is over-bent during the bending operation beyond the desired bending angle desired for the finished bent part. Attempts are made to control the extent of overbending, which can be described by the overbending angle, so that the desired setpoint bending angle is present after springback.
  • a bending operation is usually carried out in order to achieve the actual bending angle (actual bending angle) sufficiently close to the desired target bending angle. Approximate bending angle. Precision requirements for the desired bending angle are in some cases less than a tenth of a degree.
  • EP 0 384 477 B1 describes a pipe bending machine with a measuring device for determining the springback and the post bending angle after releasing a non-bent pipe leg.
  • the tube is thereby inserted into the machine, fixed by means of a clamping device on the bending tool whose initial orientation is determined and that after bending the tube by a desired angle is rotated back until the non-bent tube leg has assumed its initial orientation without force.
  • the associated angle by which the bending tool has been turned back is measured and the tube is bent by this angle.
  • the measuring device has a pivotable sensing arm, which is brought to rest on the non-bent tube leg, and a non-rotatably connected to the probe arm pointer. The sensing arm and the pointer are rotatable about an axis parallel to the bending axis.
  • the utility model DE 297 1 8 648 U 1 describes a bending machine for bending a pipe, which has a bending tool pivotable about a bending axis with a clamping device for holding the pipe leg to be bent and a holder having an abutment for supporting the supply side to be bent Having tubular leg adjoining pipe section.
  • the bending machine is equipped with a measuring device for determining the springback of the pipe section after bending.
  • the clamping device is formed with an opening path for releasing the bent pipe leg by at least the springback of the bent pipe leg while holding and maintaining the position of the other pipe section.
  • the measuring device has a be attached to the bent or bent pipe section sensor for transmitting the pivotal position about the bending axis on the one hand of the clamped and on the other hand released from the clamping device tube leg.
  • the measuring device has a Drehweggeber, which is connected on the one hand with the bending tool and on the other hand with the attachable to the pipe section sensor.
  • EP 0 928 647 A2 describes a tube bending machine with a tactile measuring device for measuring the actual bending angle actually produced by the bending process.
  • DE 10 2009 003 950 A1 (corresponding to US Pat. No.
  • 7,584,637 describes a method for bending a metal object and a bending machine suitable therefor, which has a measuring device which serves to measure actual bending coordinates of the bent metal objects. Based on the measurement, a subsequent bending process can be controlled.
  • a measuring device a camera is provided in one embodiment.
  • EP 1 916 498 B1 describes further methods for measuring and / or correcting the workpiece shape after deformation by bending.
  • the invention provides a method having the features of claim 1 and a bending machine having the features of claim 9.
  • Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.
  • the bending arm is brought into a measuring position in which an element of the bending arm is in contact (contact with contact) with the end portion.
  • An encoder signal which represents the rotational position of the bending arm in the measuring position, is processed to determine the actual bending angle.
  • encoder signal in this case denotes the signal of a sensor for detecting the position (absolute encoder) or position change (incremental encoder) of a machine element
  • the machine element may be the bending arm itself or a machine element coupled to the bending arm If necessary, the position or change in position of a linearly displaceable machine element can also be detected and evaluated by a displacement sensor.
  • the bending arm is thus used as part of a measuring device for determining the actual bending angle. Since the bending arm for the measurement in contact with the bent end portion, a measuring method is realized in which the rotational position of the bending arm is detected by at least one encoder. On a separate measuring device, e.g. with a separate button or with camera or the like, can therefore be dispensed with.
  • the bending drive coupled to the bending arm has a rotary encoder connected to the control device, and a transmitter signal of this rotary encoder is processed to determine the actual bending angle.
  • This variant can be used numerically controlled bending machines, in which at least the machine axis is equipped for pivoting the bending arm as a controlled machine axis with a rotary encoder for feeding back the actual angle of rotation, be realized without additional design effort as a pure software solution.
  • the rotary encoder with which the rotational position of the bending arm is detected in the measuring position, does not necessarily have to be integrated into the bending drive. Rather, a separate from the bending drive encoder may be provided which is mounted at a suitable location to detect the rotational position of a slip-coupled to the slip-free element of the drive train for the bending arm.
  • the element of the bending arm which in the measuring position is in contact with the end section, is preferably formed by an element of the clamping device, in particular by a clamping jaw, with which the end section is pressed against a bending mold during the bending operation.
  • the element may also be formed by a separate element from the clamping device.
  • a bending pin may be the element that is in contact with the end portion in the measuring position.
  • the means for engaging the end portion eg, tensioning means or bending pin
  • the means for engaging the end portion remains engaged with the clamped end portion after the end of the bending operation, and the bending drive is released to determine the actual bending angle such that the bending arm moves through the relaxing portion Workpiece is rotated in the measuring position.
  • release here describes in particular a situation in which the machine-applied torques on the bending arm are smaller than the moments applied by the relaxing workpiece in that the self-locking of drive, gearbox and the like or other influences such as gravity are neutralized in the direction of springback
  • the bending arm can be brought into a floating position in which it can follow the movement of the end section without impairing this movement.
  • the end portion In the bending operation, the end portion is first bent over by a bending moment relative to the feed side portion relative to a target bending angle in a bending direction by an overbending angle. This should compensate for the inevitable springback partially or completely. After this overbending, the "release" of the bending axis, if any, may immediately follow in combination with a controlled return to the relaxed state.
  • a measurement of the actual bending angle can be made immediately after completion of the release, ie when the effected by the under tension bending part backward movement against the original bending direction completed and the bending arm is at rest. As a result, the actual return curve can be determined easily.
  • the procedure is such that, after the bending arm has been bent over by the bending drive, it is turned back counter to the first bending direction until a counter-torque opposing the (original) bending moment is applied to the bending arm, so that the end portion acts in the original bending direction on the bending arm exercises.
  • This process is also referred to in this application as "retracting.”
  • the workpiece is first actively bent back beyond its fully relaxed position, after which the bending arm can be rotated through the relaxing workpiece in the original bending direction into the measuring position It has been shown that frequently even more accurate measurement results can be achieved.
  • the process step of the "free travel" or the active bending back may also be useful in other methods, regardless of the other features of the bending operation and the determination of the actual bending angle.
  • a measurement situation is sought in which the deformed workpiece is loaded as little as possible by external forces, so that the relative orientation between end section and feed side section can be determined on the force-free workpiece.
  • a slide rail device is used, which serves as an abutment in preferred bending machines for guiding the feed side section during the bending operation.
  • the slide rail device is first relieved after the end of the bending operation (before the determination of the actual bending angle) and then pressed back to the feed side section for fixing the feed side section for the determination of the actual bending angle.
  • the workpiece can fully relax. If the slide rail device is then pressed against the feed side section again, its position with respect to the machine-fixed coordinate system is precisely defined. Since the rotational position of the bending arm is related to the machine-fixed coordinate system, can thus be done by determining the rotational position of the bending arm in the measuring position an exact determination of the actual bending angle. For the fixation of the feed side portion in the determination of the actual bending angle, it is not necessary to press the slide rail means with the force to the feed side portion, which is applied during the bending operation.
  • the invention also relates to a bending machine for producing a bent part from an elongated workpiece, in particular from a tube, wherein the bending machine has a bending head with a bending arm, which has means for engaging an end portion of the workpiece and controlled by a control device Bending drive is rotatable about a bending axis.
  • the bending machine is configured to perform the procedure.
  • a further aspect of the present invention relates to a computer program product, which is stored in particular on a computer-readable medium or implemented as a signal, wherein the computer program product, when loaded into the memory of a suitable computer and executed by a computer, causes the computer or a machine controlled by the computer to perform a method according to the invention or a preferred embodiment thereof.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a plan view of the bending head of a single-head bending machine for bending pipes by Rotationszugbiegen;
  • Fig. 2 shows the bending head of Figure 1 after clamping the tube before the start of the first bending movement.
  • Fig. 3 shows the bending head of Figure 1 at the end of a first bending movement (overbending).
  • FIG. 4 shows the bending head of FIG. 1 at the end of one opposite to FIG first bending movement directed return motion with active
  • Fig. 5 shows the bending head of Fig. 1 after releasing the bending drive and spring back into the measuring position of the bending arm.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a plan view of the bending head 1 00 of a single-head bending machine. It is designed as a tube bending machine to provide an elongate workpiece 1 1 0 in the form of a tube with a round cross-section by cold forming with one or more bends.
  • the bending machine has a rectangular machine coordinate system MK, identified by lowercase letters x, y and z, with a vertical z-axis and horizontal x and y axes.
  • the x-axis is parallel to the workpiece axis 1 12 of the still unbent workpiece.
  • the later-described, regulated-driven machine axes each designated by capital letters (e.g., C, V, L, P, and Y).
  • an initially straight workpiece section is brought into the initial position shown in the engagement region of the bending head 1 00.
  • the workpiece is often already in cut-to-size form as a prefabricated workpiece prior to bending and is inserted manually or mechanically into the bending machine.
  • With thinner cross sections is often of a longer Workpiece supply (coil) worked, and there is a separate (not shown) supply means is provided, with which a work piece to be formed is conveyed parallel to a feed direction or feed direction to the starting position.
  • the machine axis for the feed is called C-axis, it has a motor MC.
  • the bending head has a bending arm 120 that is rotatable relative to the machine frame about a bending axis 125 extending parallel to the z-axis of the machine coordinate system.
  • the associated machine axis is referred to herein as Y-axis and includes a bending drive MY in the form of an electric servo motor. This is coupled via a drive train slip-free with the bending arm 120.
  • the bending arm includes a clamping device 130 which is pivotable with this and serves as means for engaging the end portion to clamp an end portion 1 15 of the workpiece for the bending operation.
  • the clamping device includes a on the bending arm perpendicular to the workpiece longitudinal direction linearly movable clamping jaw 1 35, which has on the side facing the workpiece a concave cylindrical receiving contour for application to the cylindrical end portion.
  • the associated machine axis is referred to as P-axis and has as its drive an electric motor MP, which rotates a ball screw.
  • This spindle carries a spindle nut, which carries the balls and moves with rotation of the spindle in the longitudinal direction.
  • the spindle nut is attached to a linearly movable carriage, which carries the jaw.
  • the jaw When clamped, the jaw, which is moved toward the workpiece, presses the workpiece against a concave cylindrical contoured straight portion 142 (clamping region) of a bending mold 140 which is rotatable coaxially with the bending arm about the bending axis 125 and then rounds the clamping region over a large portion of its circumference is.
  • the bending mold can be firmly connected to the bending arm.
  • a separate from the bending drive drive is provided for the bending mold to change the rotational position of the bending mold relative to the rotational position of the bending arm. Due to the outer contour of the bending mold, the inner contour of the bent workpiece is predetermined and stabilized in the region of the generated bend.
  • a slide rail device In order to stabilize the feed side section 11 of the workpiece 110 during the bending operation, a slide rail device is provided with a slide rail element 150 which does not move with the bending arm during the bending operation.
  • the slide rail device has two linear machine axes, namely the V-axis and the L-axis with associated electromotive drives MV and ML.
  • the L-axis causes a horizontal translation of the slide rail element 150 parallel to the x-axis of the machine coordinate system or parallel to the feed direction, the V-axis a horizontal linear motion perpendicular thereto and parallel to the y-axis.
  • a concave cylindrical receiving contour is provided which on the feed side of the slide rail element surrounds the feed side section 1 18 half-sidedly and stabilizes it over a relatively long length.
  • the linear movement parallel to the axial direction of the feed side section (L-axis) is used in the bending process.
  • All drives for the machine axes are electrically connected to a control device 180, including the Power supply for the drives, a central processing unit and storage units contains. With the aid of the control software active in the control software, the movements of all machine axes are variably controlled to produce a coordinated movement of the elements involved in the bending process.
  • a display and control unit 190 connected to the control device serves as an interface to the machine operator.
  • the motors for linear movements may each be servomotors or electric linear drives (direct drives), for the rotary motion servo drives or servomotors are provided, which are also known as direct drives, e.g. can be designed as torque motors.
  • Some or all of the machine axes may be designed as controlled machine axes and contain a corresponding encoder (rotary encoder, position sensor), which is connected to the control device and the actually reached by control position feedback to the control device.
  • the encoder 128 of the bending drive MY connected to the control device 180 is shown schematically. He can directly detect the rotational position of the shaft of the servo motor or the rotational position of a coupled with this shaft slip-free rotary element of the drive train for the bending arm.
  • the bending operation begins with the bending drive Y being activated to pivot the bending arm 120 and the bending die 140 in a first bending movement about the bending axis 125 in the bending direction 127.
  • the bending drive Y being activated to pivot the bending arm 120 and the bending die 140 in a first bending movement about the bending axis 125 in the bending direction 127.
  • a bend 1 17 generated whose center of curvature lies at the bending axis 125 and the inner contour is determined by the outer contour of the bending mold.
  • the feed side section is pulled parallel to the x axis in the direction of the bending head.
  • This feeding movement is assisted by simultaneous activation of the L-axis, which shifts the slide rail element 1 50 of the slide rail device parallel to the x-axis or to the feed direction with the movement speed of the feed side section. This retains its straight shape.
  • the workpiece feed (C axis) is also activated.
  • a bend with a bending angle of 90 ° (target bending angle) is to be generated on the workpiece.
  • the bending angle BW is defined as that angle which a vertical plane 1 1 8E perpendicular to the neutral fiber of the feed side section 1 1 8 includes with a plane perpendicular to the neutral fiber of the end portion 1 15 level 1 15E.
  • the workpiece is initially bent over an overbending angle UW, wherein the overbending angle is defined here as the difference angle between the desired bending angle and the bending angle achieved during overbending.
  • the first angle of rotation of the bending arm between the initial position with unbent workpiece (FIG. 2) and the rotational position during overbending (FIG. 3) is approximately 95 ° and, accordingly, the overbend angle is approximately 5 °.
  • the amount of overbending, d. H. the overbend angle or the first rotation angle can be calculated workpiece-specific via the software, e.g. based on workpiece parameters such as wall thickness, diameter and modulus of elasticity.
  • a characteristic curve can be recorded or stored, indicating the relationship between the desired bending angle on the workpiece (target bending angle) and the necessary for its generation, to be driven by the bending axis first rotation angle.
  • the characteristic curve can first be determined on the basis of workpiece parameters and then manually adjusted by the user if necessary. Alternatively, the overbending angle can also be determined iteratively.
  • an automatic adjustment (correction) of the characteristic curve is made if the result of the measurement shows that the first rotation angle determined on the basis of the current characteristic curve does not lead to the desired setpoint bending angle with sufficient accuracy, ie if the difference between the measured actual value Bending angle and the desired bending angle exceeds a predefinable limit.
  • the bending arm 120 and the bending mold 140 are synchronously pivoted back against the bending direction 127 of the first bending movement by means of the bending drive MY in an opposite direction 123 until a bending moment opposite to the original bending moment is applied to the bending drive or the bending arm.
  • the slide rail 35 and the workpiece 110 are also retracted at the same time.At the end of this free movement, the bending angle currently present on the clamped workpiece is smaller than the desired bending angle covered, which is greater than the overbend angle.
  • the bent part ie the workpiece 100
  • This active bending back of the workpiece a better state of stress can be achieved in the workpiece after the end of the bending operation, so that this retains its shape even over a long time.
  • the backward bending or bending back stresses the workpiece predominantly in the elastic range, but it can also be produced small amount of plastic deformation.
  • Bending and subsequent counterbending in the plastic area are performed by overbending and subsequent "artificial aging" bending, the effects being similar to straightening in that the resulting stress state is better preserved than without this additional plastic deformation During straightening, alternating positive and negative bending moments are generated, which stabilize the shape of the bending part.
  • all drives except the drive for the P-axis (jaw drive) de-energized so that in particular the lateral Andgurterrorism of the slide rail member 150 is lifted to the supply-side section 1 1 8.
  • the slide is pressed again with the help of the V-axis to the feed side section, but only with about 1 0% of the force present in the first bending process. As a result, the feed-side section is fixed for the subsequent measurement of the actually achieved bending angle (actual bending angle).
  • the bending drive MY can either be de-energized or supplied with power in such a way that the self-locking in the bending drive and in possible transmission elements and other influences in the direction of springback are neutralized (floating position). Since now the feed side section 1 18 is set in its orientation and the unbent end portion 1 15 is indeed clamped in the clamping device, but is released with respect to rotation about the bending axis, the workpiece relaxes, springs back and rotates the bending arm 120 and the so coupled bending drive MY in the original bending direction 127 with. The spring back in the original bending direction 127 is shown schematically in Fig. 5.
  • the actual actual bending angle is applied to the workpiece.
  • the associated rotational position of the bending drive can be read out directly from the encoder signal of the rotary encoder 128 by the control device 1 80.
  • the bending arm itself is used as part of a measuring device for determining the actual bending angle.
  • This method variant for measuring the actual bending angle is completely without separate measuring devices, such as buttons, cameras or the like, since only already existing in the bending machine elements, such as the encoder 128, are used.
  • the actual bending angle agrees after the return already sufficiently accurate with the target bending angle. If there is too great a deviation between the desired bending angle and the actual bending angle, a bending process is initiated.
  • the tensioning device remains in engagement with the end portion and the bending arm is moved by the bending drive by a certain Nachbiegewinkel in a suitable Nachbie subung.
  • a special process variant is used for the determination of the size of the Nachbiegevorgangs, ie for the determination of the extent and direction of the pivotal movement of the bending arm during postbending.
  • a first factor F1 is determined in advance for each bend of a workpiece on the basis of a gauge-containing good part, which is the ratio of the actual angle of rotation of the bending drive during overbending (first rotation angle or sum of desired bending angle and overbending angle) to the read out actual bending angle the determination of the actual bending angle results.
  • the further production is controlled on the basis of this first factor for the re-bending process at the same bend. For this purpose, the overbending, then the subsequent free movement and finally the release of the bending arm and the determination of the actual bending angle take place for each bend.
  • the angle determined in this step from the rotary encoder 128 is subtracted from the desired bending angle and the differential angle obtained with the for the Nachbiegevorgang multiplied at the good part determined first factor. The value obtained in this way is used as a bending angle.
  • the first rotation angle can therefore be determined based on a gauge-containing good part of a series of identical bending parts or by a measurement on the current workpiece.
  • An additional second factor F2 may be taken into account to weight the difference angle. This can be useful, for example, if there are too large angular deviations within a series, because otherwise, for example, the first bending over again can lead to an overbending and thus to a wrong angle. As a good approximation, a linear relationship between the angular deviation and the second factor can be assumed.
  • the second factor can in this case be represented by a mathematically generated straight line in an xy-diagram, the x-axis recording the angular deviation and the y-axis the second factor F2, the straight line representing the y-axis at + 1 cuts and has a negative slope.
  • the first factor F1 is maintained almost unchanged for small angular deviations and is suitably reduced in size for larger angular deviations.
  • the slope of the line i. the proportionality factor between the angle deviation and the second factor can be set.
  • a tube is bent with a numerically controlled rotary draw bending machine with a bending mold.
  • Other embodiments work without bending form.
  • a solid rod or a wire can be bent.
  • Workpieces may have a circular, but also oval or polygonal cross-section or be profiled in other ways.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Biegeteils aus einem langgestreckten Werkstück, insbesondere aus einem Rohr, wird eine Biegemaschine verwendet, die einen Biegekopf mit einem Biegearm aufweist, der eine Einrichtung zum Angreifen an einem Endabschnitt des Werkstücks aufweist und mittels eines durch eine Steuereinrichtung gesteuerten Biegeantriebs um eine Biegeachse drehbar ist. Zunächst wird ein Abschnitt des Werkstücks in eine Ausgangsstellung im Eingriffsbereich des Biegekopfs gebracht. Danach wird die Einrichtung zum Angreifen in Kontakt mit dem Endabschnitt gebracht. Danach wird in einer Biegeoperation durch Drehen des Biegearms um die Biegeachse eine Biegung zwischen einem zufuhrseitigen Abschnitt und dem Endabschnitt erzeugt. Anschließend wird ein durch die Biegeoperation erzeugter Ist-Biegewinkel ermittelt. Zur Ermittlung des Ist-Biegewinkels wird der Biegearm in eine Messstellung gebracht, bei der ein Element des Biegearms in Kontakt mit dem Endabschnitt steht, und es wird ein die Drehstellung des Biegearms in der Messstellung repräsentierendes Gebersignal zur Bestimmung des Ist-Biegewinkels verarbeitet.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Biegeteils und Biegemaschine zur
Durchführung des Verfahrens
HI NTERGRUND DER ERFI NDUNG
Technisches Gebiet Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Biegeteils gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie auf eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Biegemaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9. Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist das Biegen von Rohren.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei der automatisierten Herstellung von zwei- oder mehrdimensional gebogenen Biegeteilen mit Hilfe numerisch gesteuerter Biegemaschinen werden die Bewegungen von Maschinenachsen einer Biegemaschine mit Hilfe einer Steuereinrichtung koordiniert angesteuert, um an dem Werkstück, beispielsweise einem Draht, einem Rohr, einer Leitung oder einem Stab, durch plastisches Umformen eine oder mehrere bleibende Biegungen zu erzeugen.
In einem automatisierten Biegeprozess wird das Werkstück mit Hilfe einer Biegemaschine umgeformt, die einen Biegekopf mit einem Biegearm aufweist, der eine Einrichtung zum Angreifen an einem Endabschnitt des Werkstücks aufweist und mittels eines durch eine Steuereinrichtung gesteuerten Biegeantriebs um eine Biegeachse drehbar ist. Die Einrichtung zum Angreifen kann beispielsweise ein Biegestift sein, der zum Biegen einseitig an den Endabschnitt angelegt wird. Biegestifte kommen z.B. beim Drahtbiegen zum Einsatz. Die Einrichtung zum Angreifen kann auch eine Spanneinrichtung zum Einspannen des Endabschnitts sein. Solche Spanneinrichtungen kommen häufig beim Biegen von Rohren mittels Rotationszugbiegen zum Einsatz.
Beim Biegeprozess wird zunächst ein umzuformender Abschnitt des Werkstücks in eine Ausgangsstellung im Eingriffsbereich des Biegekopfs gebracht. Wenn vorkonfektionierte, bereit abgelängte Einzelwerkstücke gebogen werden sollen, können diese hierzu in die Biegemaschine eingelegt werden. Es ist auch möglich, von einem längeren Werkstückvorrat ein Stück geeigneter Länge durch eine Zufuhroperation in die Ausgangsstellung zu bewegen. Danach wird die Einrichtung zum Angreifen in Kontakt mit dem Endabschnitt gebracht. Das kann je nach Konstruktion der Maschine z.B. durch einseitiges Anlegen eines Biegestifts an den Endabschnitt geschehen oder dadurch, dass der Endabschnitt mittels einer Spanneinrichtung eingespannt wird, indem z.B. der Endabschnitt zwischen einer Spannbacke der Spanneinrichtung und einer Biegeform fixiert wird. Die Außenkontur der Biegeform kann dabei die Innenkontur der Biegung stabilisieren und deren Radius genau vorgeben. Eine Biegeoperation ohne Biegeform ist auch möglich. Danach wird in einer Biegeoperation durch Drehen des Biegearms um die Biegeachse eine Biegung zwischen einem zufuhrseitigen Abschnitt des Werkstücks und dem Endabschnitt erzeugt.
Die relative Orientierung des Endabschnitts gegenüber dem zufuhrseitigen Abschnitt wird üblicherweise durch den „Biegewinkel" beschrieben. Dieser ist für die Zwecke dieser Anmeldung definiert als derjenige Winkel, den eine senkrecht zur neutralen Faser des zufuhrseitigen Abschnitts stehende Ebene mit einer senkrecht zur neutralen Faser des Endabschnitts stehenden Ebene einschließt. Gemäß einer alternativen Definition ist der Biegewinkel der Wnkel zwischen den verlängerten Mittelachsen des zufuhrseitigen Abschnitts und des Endabschnitts. Die Größe des Biegewinkels entspricht im idealisierten Fall dem Drehwinkel, den der Biegearm zur Erzeugung der gewünschten Biegung zurücklegt.
Beim Biegen metallischer Werkstoffe federt der umgebogene Endabschnitt nach einem Biegevorgang aufgrund des elastischplastischen Werkstoffverhaltens um einen gewissen Winkelbetrag zurück, der in der Regel als Rückfederungswinkel bezeichnet wird. Die Rückfederung wird üblicherweise dadurch kompensiert, dass das Werkstück bei der Biegeoperation über den für das fertige Biegeteil angestrebten Soll-Biegewinkel hinaus überbogen wird. Man versucht dabei, das Ausmaß des Überbiegens, das durch den Überbiegewinkel beschrieben werden kann, so zu steuern, dass nach der Rückfederung der gewünschte Soll-Biegewinkel vorliegt.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass das Ausmaß der Rückfederung aufgrund von Schwankungen bei der Materialbeschaffenheit des Werkstücks (Werkstofffestigkeit, Wanddickenschwankungen bei Rohren etc.) von Werkstück zu Werkstück bzw. von Werkstückabschnitt zu Werkstückabschnitt variieren kann, was auch zu Streuungen bei der Rückfederung und bei der Form der fertig gestellten Biegeteile führen kann. Insbesondere bei geschweißten, ungeglühten Rohren und/oder bei Werkstücken aus hochfesten Stahlwerkstoffen kann es aufgrund von Unterschieden der Werkstückeigenschaften zwischen den einzelnen Werkstücken einer Serie zu erheblichen Streuungen des Ist- Biegewinkels bei ansonsten gleichen Biegebedingungen kommen.
Liegt nach der Biegeoperation der angestrebte Soll-Biegewinkel noch nicht mit ausreichender Genauigkeit vor, wird in der Regel eine Nachbiegeoperation durchgeführt, um den tatsächlichen Biegewinkel (Ist-Biegewinkel) ausreichend nahe an den angestrebten Soll- Biegewinkel anzunähern. Genauigkeitsanforderungen für den Soll- Biegewinkel liegen in manchen Fällen unterhalb eines Zehntelgrades.
In Kenntnis dieser Grundlagen sind schon verschiedene Vorschläge gemacht worden, Biegeprozesse dahingehend zu optimieren, dass die Geometrie des Biegeteils nach Abschluss des Biegevorgangs möglichst gut mit dem Soll-Geometrie übereinstimmt. Da traditionell die Form eines fertig gebogenen Biegteils häufig anhand einer Lehre (gauge) überprüft wird, spricht man bei Biegeteilen, deren Form innerhalb der Toleranzen mit der gewünschten Soll-Form übereinstimmt, von „lehrenhaltigen Gutteilen". Der Begriff „lehrenhaltiges Gutteil" steht hier auch für Gutteile, bei denen Abweichungen von der Soll-Geometrie nicht mittels einer Lehre, sondern auf andere Weise festgestellt werden, z. B. über Messgeräte wie Kameras, Winkelmessgeräte o.dgl.
Die internationale Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer WO 2005/016567 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen des Rückfederwertes eines in einer Biegemaschine mit zumindest einem Biegearm gebogenen Werkstücks. Bei dem Verfahren wird nach dem Biegen des Werkstücks der zumindest eine Biegearm entgegen der Biegerichtung bis zur entspannungsfreien Lage des gebogenen Werkstücks zurück bewegt, wobei hierdurch der Rückfederwert gemessen, insbesondere ermittelt wird. Dann kann über den tatsächlich ermittelten Rückfederwert Einfluss auf das Nachbiegen genommen werden, mit dem eine Abweichung vom angestrebten Soll-Biegewinkel beseitigt werden soll.
Die EP 0 384 477 B1 beschreibt eine Rohrbiegemaschine mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung der Rückfederung und des Nachbiegewinkels nach dem Freilassen eines nicht gebogenen Rohrschenkels. Das Rohr wird dabei in die Maschine eingelegt, mittels einer Spannvorrichtung an dem Biegewerkzeug fixiert, dessen anfängliche Ausrichtung bestimmt wird und das nach dem Biegen des Rohres um einen Sollwinkel so weit zurückgedreht wird, bis der nichtgebogenen Rohrschenkel kräftefrei wieder seine anfängliche Ausrichtung eingenommen hat. Der zugehörige Winkel, um den das Biegewerkzeug zurückgedreht wurde, wird gemessen und das Rohr wird um diesen Winkel nachgebogen. Die Messeinrichtung hat einen schwenkbaren Tastarm, welcher zur Anlage an den nicht gebogenen Rohrschenkel gebracht wird, sowie einen drehfest mit dem Tastarm verbundenen Zeiger. Der Tastarm und der Zeiger sind um eine parallel zur Biegeachse verlaufende Achse drehbar.
Das Gebrauchsmuster DE 297 1 8 648 U 1 beschreibt eine Biegemaschine zum Biegen eines Rohres, welche ein um eine Biegeachse verschwenkbares Biegewerkzeug mit einer Spanneinrichtung zum Halten des zu biegenden Rohrschenkels sowie einer Halterung aufweist, die ein Widerlager zur Abstützung des sich zufuhrseitig an den zu biegenden Rohrschenkel anschließenden Rohrabschnitts aufweist. Die Biegemaschine ist mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung der Rückfederung des Rohrabschnitts nach dem Biegen ausgestattet. Die Spanneinrichtung ist mit einem Öffnungsweg zum Freigeben des gebogenen Rohrschenkels um mindestens die Rückfederung des gebogenen Rohrschenkels bei gleichzeitiger Halterung und Lagebeibehaltung des andern Rohrabschnitts ausgebildet. Die Messeinrichtung hat einen am zu biegenden bzw. gebogenen Rohrabschnitt ansetzbaren Messfühler zur Übertragung der Schwenklage um die Biegeachse einerseits des eingespannten und andererseits des von der Spanneinrichtung freigegebenen Rohrschenkels. Außerdem hat die Messeinrichtung einen Drehweggeber, der einerseits mit dem Biegewerkzeug und andererseits mit dem am Rohrabschnitt ansetzbaren Messfühler verbunden ist. Die EP 0 928 647 A2 beschreibt eine Rohrbiegemaschine mit einer taktilen Messeinrichtung zur Messung des durch den Biegevorgang tatsächlich erzeugten Ist- Biegewinkels. Die DE 10 2009 003 950 A1 (entsprechend US 7,584,637) beschreibt ein Verfahren zum Biegen eines Metallgegenstandes und eine dazu geeignete Biegemaschine, die eine Messvorrichtung hat, welche dazu dient, wirkliche Biegkoordinaten der gebogenen Metallgegenstände zu messen. Auf Basis der Messung kann ein darauf folgender Biegevorgang gesteuert werden. Als Messeinrichtung ist bei einer Ausführungsform eine Kamera vorgesehen.
In der EP 1 916 498 B1 sind weitere Verfahren zur Messung und/oder Korrektur der Werkstückform nach dem Umformen durch Biegen beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFI NDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Biegeteils aus einem langgestreckten Werkstück, insbesondere aus einem Rohr, bereitzustellen, das es erlaubt, aus Werkstücken mit ggf. schwankenden Materialeigenschaften in einem automatisierten
Biegeprozess mit hoher Zuverlässigkeit lehrenhaltige Biegeteile herzustellen. Die hohe Präzision des Biegeprozesses soll vorzugsweise mit relativ geringem apparativen Aufwand erzielbar sein. Es ist eine weitere Aufgabe, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete
Biegemaschine bereitzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgaben stellt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Biegemaschine mit den Merkmalen von Anspruch 9 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Bei dem Verfahren wird zur Ermittlung des Ist-Biegewinkels der Biegearm in eine Messstellung gebracht, in der ein Element des Biegearms in Kontakt (Berührungskontakt) mit dem Endabschnitt steht. Ein Gebersignal, welches die Drehstellung des Biegearms in der Messstellung repräsentiert, wird zur Bestimmung des Ist-Biegewinkels verarbeitet. Der Begriff „Gebersignal" bezeichnet hierbei das Signal eines Sensors zur Erfassung der Position (Absolutgeber) oder Positionsänderung (Inkrementalgeber) eines Maschinenelements. Das Maschinenelement kann der Biegearm selbst oder ein mit dem Biegearm gekoppeltes Maschinenelement sein. Vorzugsweise wird das Gebersignal eines Drehgebers zur Erfassung einer Winkelposition oder Winkeländerung eines drehbaren Maschinenelements erfasst und ausgewertet. Gegebenenfalls kann auch die Position oder Positionsänderung eines linear verschiebbaren Maschinenelements durch einen Weggeber erfasst und ausgewertet werden.
Bei diesem Verfahren wird somit der Biegearm als Teil einer Messeinrichtung zur Bestimmung des Ist-Biegewinkels verwendet. Da der Biegearm für die Messung in Kontakt mit dem umgebogenen Endabschnitt steht, wird ein Messverfahren realisiert, bei dem die Drehstellung des Biegearms über mindestens einen Geber erfasst wird. Auf eine gesonderte Messeinrichtung, z.B. mit gesondertem Taster oder mit Kamera o.dgl, kann daher verzichtet werden.
Vorzugsweise weist der mit dem Biegearm gekoppelte Biegeantrieb einen an die Steuereinrichtung angeschlossenen Drehgeber auf und ein Gebersignal dieses Drehgebers wird zur Bestimmung des Ist- Biegewinkels verarbeitet. Diese Variante kann bei numerisch gesteuerten Biegemaschinen, bei denen zumindest die Maschinenachse zur Verschwenkung des Biegearms als geregelte Maschinenachse mit einem Drehgeber zur Rückkopplung des tatsächlichen Drehwinkels ausgestattet ist, ohne konstruktiven Zusatzaufwand als reine Softwarelösung realisiert werden. Der Drehgeber, mit dem die Drehstellung des Biegearms in der Messstellung erfasst wird, muss jedoch nicht zwingend in den Biegeantrieb integriert sein. Vielmehr kann ein vom Biegeantrieb gesonderter Drehgeber vorgesehen sein, der an geeigneter Stelle angebracht ist, um die Drehstellung eines mit dem Biegearm schlupffrei gekoppelten Elements des Antriebsstrangs für den Biegearm zu erfassen.
Für die Bestimmung des Ist-Biegewinkels steht der Biegearm in der Messstellung, die durch die Orientierung des umgebogenen Endabschnitts vorgegeben ist. Bei Biegearmen mit Spanneinrichtung wird das Element des Biegearms, welches in der Messstellung in Kontakt mit dem Endabschnitt steht, vorzugsweise durch ein Element der Spanneinrichtung gebildet, insbesondere durch eine Spannbacke, mit der der Endabschnitt während des Biegevorgangs an eine Biegeform gedrückt wird. Das Element kann jedoch auch durch ein von der Spanneinrichtung gesondertes Element gebildet sein. Bei anderen Ausführungsformen kann ein Biegestift das Element sein, welches in der Messstellung in Kontakt mit dem Endabschnitt steht. Bei einer Variante des Verfahrens verbleibt die Einrichtung zum Angreifen an dem Endabschnitt (z.B. Spanneinrichtung oder Biegestift) nach dem Ende der Biegeoperation in Eingriffstellung mit dem eingespannten Endabschnitt und der Biegeantrieb wird zur Bestimmung des Ist-Biegewinkels derart freigegeben, dass der Biegearm durch das sich entspannende Werkstück in die Messstellung gedreht wird. Damit kann der Biegearm der Bewegung des sich entspannenden Werkstücks weitgehend ohne die Ausübung von störenden Gegenkräften oder Gegenmomenten folgen. Der Begriff „Freigeben" beschreibt hier insbesondere eine Situation, bei der die maschinenseitig aufgebrachten Momente am Biegearm kleiner sind als die durch das sich entspannende Werkstück aufgebrachten Momente. Umfasst ist auch die Möglichkeit, die für die Biegung zuständige Maschinenachse bzw. den Biegeantrieb so zu beaufschlagen, dass die Selbsthemmung von Antrieb, Getriebe und dergleichen bzw. sonstige Einflüsse, wie Schwerkraft, in Richtung der Rückfederung neutralisiert sind. Insoweit kann der Biegearm in eine Schwimmstellung gebracht werden, in der er der Bewegung des Endabschnitts ohne Beeinträchtigung dieser Bewegung folgen kann.
Bei der Biegeoperation wird der Endabschnitt zunächst unter Einwirkung eines Biegemoments relativ zu dem zufuhrseitigen Abschnitt bezogen auf einen Soll-Biegewinkel in eine Biegerichtung um einen Überbiegewinkel überbogen. Dadurch soll die unvermeidliche Rückfederung teilweise oder vollständig kompensiert werden. Nach diesem Überbiegen kann unmittelbar das„Freigeben" der Biegeachse gegebenenfalls in Kombination mit einer kontrollierten Rückführung in den entspannten Zustand folgen.
Eine Messung des Ist-Biegewinkels kann unmittelbar nach Abschluss des Freigebens erfolgen, also dann, wenn die durch das unter Spannung stehende Biegeteil bewirkte Rückwärtsbewegung entgegen der ursprünglichen Biegerichtung abgeschlossen und der Biegearm in Ruhe ist. Hierdurch kann die tatsächliche Rückbiegung auf einfache Weise ermittelt werden.
Bei Biegemaschinen, deren Biegearm eine Spanneinrichtung zum Einspannen des Endabschnitts aufweist, sind besondere Verfahrensvarianten möglich. In diesen Fällen kann nämlich der Biegearm in beiden Drehrichtungen ein Biegemoment auf den Endabschnitt ausüben.
Bei einer Verfahrensvariante wird so vorgegangen, dass nach dem Überbiegen der Biegearm durch den Biegeantrieb entgegen der ersten Biegerichtung so weit zurückgedreht wird, bis an dem Biegearm ein zum (ursprünglichen) Biegemoment gegensinniges Gegenmoment anliegt, so dass der Endabschnitt ein in die ursprüngliche Biegerichtung wirkendes Moment auf den Biegearm ausübt. Dieser Vorgang wird im Rahmen dieser Anmeldung auch als „Freifahren" bezeichnet. Bei diesem Freifahren erfolgt ein aktives Zurückbiegen des Werkstücks zunächst über seine voll entspannte Lage hinaus. Danach kann der Biegearm dann durch das sich entspannende Werkstück in die ursprüngliche Biegerichtung bis in die Messstellung gedreht werden. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch häufig noch genauere Messergebnisse erzielbar sind.
Beim aktiven Zurückbiegen kann das Ausmaß des Zurückbiegens so gesteuert werden, dass das Werkstück lediglich im elastischen Bereich verformt wird. Gegebenenfalls ist jedoch auch in geringem Ausmaß eine plastische Deformation beteiligt. In diesen Fällen wird das Zurückdrehen entgegen der Biegerichtung so gesteuert, dass unter Einwirkung des Gegenmoments das Werkstück in geringem Maß plastisch deformiert wird. Es wurde in Versuchsreihen festgestellt, dass durch dieses aktive Zurückbiegen in der Regel ein besserer Spannungszustand im fertigen Werkstück erhalten werden kann, so dass dieses auch über längere Zeit seine Form behält. Das Zurückbiegen kann somit zu einer„künstlichen Alterung" des gebogenen Werkstücks führen, welche dann nach Abschluss des Biegeprozesses seine Form besser behält als konventionell hergestellte Biegeteile. Das geeignete Ausmaß des Zurückbiegens ist stark von den Materialeigenschaften, den Biegewinkeln, den Biegewerkzeugen etc abhängig und kann vorab durch Versuche ermittelt werden.
Der Verfahrensschritt des„Freifahrens" bzw. das aktive Zurückbiegen kann unabhängig von den sonstigen Merkmalen der Biegeoperation und der Bestimmung des Ist-Biegewinkels auch bei anderen Verfahren nützlich sein.
Um eine exakte Ermittlung des Ist-Biegewinkels zu ermöglichen, wird eine Messsituation angestrebt, in der das umgeformte Werkstück möglichst wenig von äußeren Kräften belastet ist, so dass die relative Orientierung zwischen Endabschnitt und zufuhrseitigem Abschnitt am kräftefreien Werkstück ermittelt werden kann. Um auch die Lage des zufuhrseitigen Abschnitts für die Bestimmung des Ist-Biegewinkels möglichst genau zu definieren, wird bei bevorzugten Ausführungsformen eine Gleitschieneneinrichtung genutzt, die bei bevorzugten Biegemaschinen zur Führung des zufuhrseitigen Abschnitts während der Biegeoperation als Widerlager dient. Bei der Verfahrensvariante wird die Gleitschieneneinrichtung nach Ende der Biegeoperation (vor der Bestimmung des Ist-Biegewinkels) zunächst entlastet und danach zur Fixierung des zufuhrseitigen Abschnitts für die Bestimmung des Ist- Biegewinkels wieder an den zufuhrseitigen Abschnitt angedrückt. Bei der zwischenzeitlichen Entlastung der Gleitschieneneinrichtung kann sich das Werkstück voll entspannen. Wird danach die Gleitschieneneinrichtung wieder an den zufuhrseitigen Abschnitt angedrückt, so ist dessen Lage in Bezug auf das maschinenfeste Koordinatensystem genau festgelegt. Da auch die Drehstellung des Biegearms in Bezug auf das maschinenfester Koordinatensystem steht, kann somit durch die Bestimmung der Drehstellung des Biegearms in der Messstellung eine exakte Bestimmung des Ist-Biegewinkels erfolgen. Für die Fixierung des zufuhrseitigen Abschnitts bei der Bestimmung des Ist-Biegewinkels ist es nicht erforderlich, die Gleitschieneneinrichtung mit derjenigen Kraft an den zufuhrseitigen Abschnitt anzudrücken, die während der Biegeoperation aufgebracht wird. Es hat sich vielmehr gezeigt, dass genauere Ergebnisse dann erzielt werden können, wenn die Gleitschieneneinrichtung nur mit einem Bruchteil dieser während der Biegeoperation aufgebrachten Kraft angedrückt wird, beispielsweise mit weniger als 50% oder weniger als 20% dieser Kraft, insbesondere mit ca. 1 0% der Kraft. Diese Kräfte reichen in der Regel aus, um den zufuhrseitigen Abschnitt für die Bestimmung des Ist-Biegewinkels zu stabilisieren.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Biegemaschine zur Herstellung eines Biegeteils aus einem langgestreckten Werkstück, insbesondere aus einem Rohr, wobei die Biegemaschine einen Biegekopf mit einem Biegearm aufweist, der eine Einrichtung zum Angreifen an einen Endabschnitt des Werkstücks aufweist und mittels eines durch eine Steuereinrichtung gesteuerten Biegeantriebs um eine Biegeachse drehbar ist. Die Biegemaschine ist zur Durchführung des Verfahrens konfiguriert.
Bei manchen modernen Biegemaschinen, insbesondere bei solchen mit geregelten Maschinenachsen und Servoantrieben, kann die Erfindung mit den bereits vorhandenen Antrieben und Steuerungen umgesetzt werden. Die Fähigkeit zur Ausführung von Ausführungsformen der Erfindung kann in Form zusätzlicher Programmteile oder Programmmodule in die Steuerungssoftware von computergestützten Steuereinrichtungen implementiert werden. Daher betrifft ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Computerprogrammprodukt, welches insbesondere auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder als Signal verwirklicht ist, wobei das Computerprogrammprodukt, wenn es in den Speicher eines geeigneten Computers geladen und von einem Computer ausgeführt ist bewirkt, dass der Computer bzw. eine durch den Computer gesteuerte Maschine ein Verfahren gemäß der Erfindung bzw. einer bevorzugten Ausführungsform hiervon durchführt.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf den Biegekopf einer Einkopfbiegemaschine zum Biegen von Rohren durch Rotationszugbiegen;
Fig. 2 zeigt den Biegekopf aus Fig. 1 nach Einspannen des Rohres vor Beginn der ersten Biegebewegung;
Fig. 3 zeigt den Biegekopf aus Fig. 1 am Ende einer ersten Biegebewegung (Überbiegen);
4 zeigt den Biegekopf aus Fig. 1 am Ende einer entgegen der
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ersten Biegebewegung gerichteten Rückbewegung mit aktivem
Zurückbiegen des Rohres (Freifahren); und Fig. 5 zeigt den Biegekopf aus Fig. 1 nach Freigeben des Biegeantriebs und Rückfedern in die Messstellung des Biegearms.
DETAILLI ERTE BESCHREI BUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer computernumerisch gesteuerten Rohrbiegemaschine erläutert, die für das Ziehbiegeverfahren (auch Rotationszugbiegen genannt) eingerichtet ist. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf den Biegekopf 1 00 einer Einkopfbiegemaschine. Sie ist als Rohrbiegemaschine dafür ausgelegt, ein langgestrecktes Werkstück 1 1 0 in Form eines Rohres mit rundem Querschnitt durch Kaltverformen mit einer oder mehreren Biegungen zu versehen.
Bei dem Ausführungsbeispiel hat die Biegemaschine ein mit Kleinbuchstaben x, y und z gekennzeichnetes, rechtwinkliges Maschinenkoordinatensystem MK mit einer vertikalen z-Achse und horizontalen x- und y-Achsen. Im dargestellten Beispiel verläuft die x- Achse parallel zur Werkstückachse 1 12 des noch ungebogenen Werkstücks. Von den Koordinatenachsen sind die später noch erläuterten, geregelt angetriebenen Maschinenachsen zu unterscheiden, die jeweils mit Großbuchstaben (z.B. C, V, L, P und Y) bezeichnet werden.
Zur Erzeugung einer Biegung wird ein zunächst gerader Werkstückabschnitt in die gezeigte Ausgangsstellung im Eingriffsbereich des Biegekopfs 1 00 gebracht. Bei Werkstücken mit relativ großem Durchmesser bzw. großem Querschnitt liegt das Werkstück häufig vor dem Biegen bereits in abgelängter Form als vorkonfektioniertes Werkstück vor und wird manuell oder maschinell in die Biegemaschine eingelegt. Bei dünneren Querschnitten wird häufig von einem längeren Werkstückvorrat (coil) gearbeitet, und es ist eine gesonderte (nicht dargestellte) Zufuhreinrichtung vorgesehen, mit der ein umzuformender Werkstückabschnitt parallel zu einer Zufuhrrichtung oder Vorschubrichtung in die Ausgangsstellung befördert wird. Die Maschinenachse für die Zufuhr wird als C-Achse bezeichnet, sie hat einen Motor MC. In der gezeigten Ausgangsstellung verläuft die Werkstückachse 1 12 des ungebogenen Werkstücks geradlinig, parallel zu einer Zufuhrrichtung. Der Biegekopf hat einen Biegearm 120, der gegenüber dem Maschinengestell um eine parallel zur z-Achse des Maschinenkoordinatensystems verlaufende Biegeachse 125 drehbar bzw. verschwenkbar ist. Die zugehörige Maschinenachse wird hier als Y-Achse bezeichnet und umfasst einen Biegeantrieb MY in Form eines elektrischen Servomotors. Dieser ist über einen Antriebsstrang schlupffrei mit dem Biegearm 120 gekoppelt.
Zu dem Biegearm gehört eine Spanneinrichtung 130, die mit diesem verschwenkbar ist und als Einrichtung zum Angreifen an dem Endabschnitt dazu dient, einen Endabschnitt 1 15 des Werkstücks für die Biegeoperation einzuspannen. Zur Spanneinrichtung gehört eine auf dem Biegearm senkrecht zur Werkstücklängsrichtung linear verfahrbare Spannbacke 1 35, die auf der dem Werkstück zugewandten Seite eine konkav zylindrische Aufnahmekontur zum Anlegen an den zylindrischen Endabschnitt hat. Die zugehörige Maschinenachse wird als P-Achse bezeichnet und hat als Antrieb einen Elektromotor MP, der eine Kugelumlaufspindel dreht. Diese Spindel trägt eine Spindelmutter, die die Kugeln trägt und sich bei Drehung der Spindel in deren Längsrichtung bewegt. Die Spindelmutter ist an einem linear verfahrbaren Schlitten befestigt, welcher die Spannbacke trägt. Beim Einspannen drückt die in Richtung Werkstück bewegte Spannbacke das Werkstück an eine konkav zylindrisch konturierten, geraden Abschnitt 142 (Spannbereich) einer Biegeform 140, die koaxial mit dem Biegearm um die Biegeachse 125 drehbar ist und anschließend an den Spannbereich über einen großen Teil ihres Umfangs rund ist. Die Biegeform kann fest mit dem Biegearm verbunden sein. Es ist jedoch auch möglich, dass für die Biegeform ein vom Biegeantrieb gesonderter Antrieb vorgesehen ist, um die Drehstellung der Biegeform relativ zur Drehstellung des Biegearms zu verändern. Durch die Außenkontur der Biegeform wird die Innenkontur des gebogenen Werkstücks im Bereich der erzeugten Biegung vorgegeben und stabilisiert.
Zur Stabilisierung des zufuhrseitigen Abschnitts 1 1 8 des Werkstücks 1 10 während der Biegeoperation ist eine Gleitschieneneinrichtung mit einem Gleitschienenelement 150 vorgesehen, das sich bei der Biegeoperation nicht mit dem Biegearm bewegt. Die Gleitschieneneinrichtung hat zwei lineare Maschinenachsen, nämlich die V-Achse und die L-Achse mit zugehörigen elektromotorischen Antrieben MV bzw. ML. Die L-Achse bewirkt eine horizontale Translation des Gleitschienenelements 150 parallel zur x-Achse des Maschinenkoordinatensystems bzw. parallel zur Zufuhrrichtung, die V- Achse eine horizontale Linearbewegung senkrecht dazu und parallel zur y-Achse. An der dem Werkstück zugewandten Seite des Gleitschienenelements 150 ist eine konkav zylindrische Aufnahmekontur vorgesehen, die beim Vorschub des Gleitschienenelementes Richtung Werkstück den zufuhrseitigen Abschnitt 1 18 halbseitig umgreift und auf relativ großer Länge stabilisiert. Die Linearbewegung parallel zur Achsrichtung des zufuhrseitigen Abschnitts (L-Achse) wird beim Biegevorgang genutzt.
Sämtliche Antriebe für die Maschinenachsen sind elektrisch an eine Steuereinrichtung 180 angeschlossen, die unter anderem die Leistungsversorgung für die Antriebe, eine zentrale Rechnereinheit und Speichereinheiten enthält. Mit Hilfe der in der Steuereinrichtung aktiven Steuerungssoftware werden die Bewegungen sämtlicher Maschinenachsen variabel gesteuert, um eine koordinierte Bewegung der am Biegevorgang beteiligten Elemente zu erzeugen. Eine an die Steuereinrichtung angeschlossene Anzeige- und Bedieneinheit 190 dient als Schnittstelle zum Maschinenbediener.
Die Motoren für Linearbewegungen können jeweils Servomotoren oder elektrische Linearantriebe (Direktantriebe) sein, für die Drehbewegung sind Servoantriebe bzw. Servomotoren vorgesehen, die auch als Direktantriebe, z.B. als Torquemotoren, ausgeführt sein können. Einige oder alle Maschinenachsen können als geregelte Maschinenachsen ausgelegt sein und einen entsprechenden Geber (Drehgeber, Positionsgeber) enthalten, der an die Steuereinrichtung angeschlossen ist und die tatsächlich durch Ansteuerung erreichte Position zur Steuereinrichtung rückmeldet. Der an die Steuereinrichtung 180 angeschlossene Drehgeber 128 des Biegeantriebs MY ist schematisch gezeigt. Er kann direkt die Drehstellung der Welle des Servomotors erfassen oder aber die Drehstellung eines mit dieser Welle schlupffrei gekoppelten Drehelementes des Antriebsstrangs für den Biegearm.
Anhand der Fig. 1 bis 3 werden nun die ersten Phasen einer Biegeoperation erläutert. Zunächst wird derjenige Abschnitt des Werkstücks, in welchem eine Biegung erzeugt werden soll, in seiner Ausgangsstellung im Eingriffsbereich des Biegekopfs 1 00 gebracht. Danach wird der Endabschnitt 1 15 mittels der Spanneinrichtung 130 eingespannt, indem die Spannbacke 135 in Richtung Werkstück vorgeschoben und dadurch das Werkstück an die Außenkontur der Biegeform 140 angedrückt wird. Hierdurch wird der Endabschnitt zwischen Spannbacke und Biegeform eingeklemmt, jedoch ohne die Querschnittsform plastisch zu verformen. In Richtung Werkstückachse 1 12 liegt ein großflächiger Reibschluss vor, so dass das Werkstück in seiner Längsrichtung unbeweglich fixiert ist.
Zeitgleich oder zeitlich versetzt zum Vorfahren der Spannbacke wird das Gleitschienenelement 1 50 mittels der V-Achse in die Eingriffsstellung am Werkstück gebracht. Die danach vorliegende Konfiguration ist in Fig. 2 dargestellt.
Danach beginnt die Biegeoperation damit, dass der Biegeantrieb Y aktiviert wird, um den Biegearm 120 und die Biegeform 140 in einer ersten Biegebewegung um die Biegeachse 125 in Biegerichtung 127 zu verschwenken. Dabei wird zwischen dem zufuhrseitigen Abschnitt 1 1 8 und dem eingespannten Endabschnitt 1 1 5 am Werkstück eine Biegung 1 17 erzeugt, deren Krümmungsmittelpunkt bei der Biegeachse 125 liegt und deren Innenkontur durch die Außenkontur der Biegeform bestimmt wird. Durch diesen Biegevorgang wird der zufuhrseitige Abschnitt parallel zur x-Achse in Richtung Biegekopf gezogen. Diese Zufuhrbewegung wird durch gleichzeitige Aktivierung der L-Achse unterstützt, die das Gleitschienenelement 1 50 der Gleitschieneneinrichtung parallel zur x-Achse bzw. zur Vorschubrichtung mit der Bewegungsgeschwindigkeit des zufuhrseitigen Abschnitts verschiebt. Dieser behält dadurch seine gerade Form. Neben der Biegebewegung und der Gleitschienenbewegung parallel zur Werkstückachse wird auch der Werkstückvorschub (C-Achse) aktiviert.
Im Beispielsfall soll am Werkstück eine Biegung mit einem Biegewinkel von 90° (Soll-Biegewinkel) erzeugt werden. Der Biegewinkel BW ist dabei definiert als derjenige Winkel, den eine senkrecht zur neutralen Faser des zufuhrseitigen Abschnitts 1 1 8 stehende Ebene 1 1 8E mit einer senkrecht zur neutralen Faser des Endabschnitts 1 15 stehende Ebene 1 15E einschließt. Aufgrund des elastisch-plastischen Verhaltens des metallischen Werkstoffs wird das Werkstück zunächst um einen Überbiegewinkel ÜW überbogen, wobei der Überbiegewinkel hier definiert ist als der Differenzwinkel zwischen dem Soll-Biegewinkel und dem beim Überbiegen erreichten Biegewinkel. Im Beispielsfall von Fig. 3 beträgt der erste Drehwinkel des Biegearms zwischen der Ausgangsstellung mit ungebogenem Werkstück (Fig. 2) und der Drehstellung beim Überbiegen (Fig. 3) ca. 95° und dementsprechend der Überbiegewinkel ca. 5°.
Die Größe des Überbiegens, d. h. der Überbiegewinkel bzw. der erste Drehwinkel, kann über die Software werkstückspezifisch berechnet werden, z.B. auf Basis von Werkstückparametern wie Wandstärke, Durchmesser und E-Modul . In einem Speicher der Steuerung kann eine Kennlinie aufgezeichnet bzw. hinterlegt sein, die den Zusammenhang zwischen dem am Werkstück gewünschten Biegewinkel (Soll- Biegewinkel) und dem zu seiner Erzeugung nötigen, von der Biegeachse zu fahrenden ersten Drehwinkel angibt. Die Kennlinie kann zunächst aufgrund von Werkstückparametern ermittelt und dann vom Anwender bei Bedarf noch manuell angepasst werden. Alternativ kann der Überbiegewinkel auch iterativ ermittelt werden.
Bei manchen Ausführungsformen wird eine automatische Anpassung (Korrektur) der Kennlinie vorgenommen, wenn das Ergebnis der Messung zeigt, dass der auf Basis der aktuellen Kennlinie ermittelte erste Drehwinkel nicht mit ausreichender Genauigkeit zum gewünschten Soll-Biegewinkel führt, wenn also die Differenz zwischen dem gemessenen Ist-Biegewinkel und dem Soll-Biegewinkel eine vorgebbare Grenze übersteigt. Es ergibt sich dadurch eine dynamisch veränderbare Kennlinie, wobei die Steuerung der Biegemaschine von jedem Biegevorgang für den darauf folgenden„lernen" kann. Dadurch können beispielsweise allmähliche Änderungen von Werkstückeigenschaften kontinuierlich kompensiert werden.
Nach dem Überbiegen werden der Biegearm 120 und die Biegeform 140 synchron entgegen der Biegerichtung 127 der ersten Biegebewegung mit Hilfe des Biegeantriebs MY in eine Gegenrichtung 123 zurückgeschwenkt, bis am Biegeantrieb bzw. am Biegearm ein zum ursprünglichen Biegemoment gegensinniges Gegenmoment anliegt. Bei diesem sogenannten „Freifahren" werden gleichzeitig auch die Gleitschiene 1 35 und das Werkstück 1 10 ein Stück zurückgefahren. Am Ende dieser Freifahrbewegung ist der aktuell am eingespannten Werkstück vorliegende Biegewinkel kleiner als der Soll-Biegewinkel. Bei der Freifahrbewegung wird also vom Biegearm ein Drehwinkelintervall zurückgelegt, das größer als das Überbiegewinkel ist.
In dieser Stellung (Fig. 4) übt das Biegeteil, d.h. das Werkstück 1 00, auf den Biegearm 120 ein Moment aus, welches in die ursprüngliche Biegerichtung 127 gerichtet ist. Durch dieses aktive Zurückbiegen des Werkstücks kann im Werkstück nach Ende der Biegeoperation ein besserer Spannungszustand erreicht werden, so dass dieses auch über längere Zeit seine Form behält. Das Rückwärtsbiegen bzw. Zurückbiegen beansprucht das Werkstück überwiegend im elastischen Bereich, es können jedoch auch geringe Anteil plastischer Verformung erzeugt werden. Beim Überbiegen mit anschließendem Rückbiegen zum Zwecke der„künstlichen Alterung" wird ein Biegen und anschließend ein Gegenbiegen im plastischen Bereich vorgenommen. Die Auswirkungen sind insoweit ähnlich wie beim Richten, als der sich einstellende Spannungszustand besser als ohne diese zusätzliche plastische Verformung erhalten bleibt. Ähnlich wie beim Richten werden abwechselnd positive und negative Biegemomente erzeugt, die die Form des Biegeteils stabilisieren. Nach dem Freifahren bzw. Zurückbiegen werden alle Antriebe außer dem Antrieb für die P-Achse (Spannbackenantrieb) stromlos geschaltet, so dass insbesondere auch die seitliche Andrückbewegung des Gleitschienenelements 150 an den zufuhrseitigen Abschnitt 1 1 8 aufgehoben wird. Anschließend wird die Gleitschiene wieder mit Hilfe der V-Achse an den zufuhrseitigen Abschnitt angedrückt, jedoch nur mit ca. 1 0% der beim ersten Biegevorgang vorliegenden Kraft. Dadurch wird der zufuhrseitige Abschnitt für die nachfolgende Messung des tatsächlich erreichten Biegewinkels (Ist-Biegewinkel) fixiert.
Nun wird die für die Biegung zuständige Maschinenachse (Y-Achse) freigegeben. Der Biegeantrieb MY kann dazu entweder stromlos geschaltet werden oder so mit Leistungen beaufschlagt werden, dass die Selbsthemmung im Biegeantrieb und in eventuellen Getriebeelementen sowie sonstige Einflüsse in Richtung der Rückfederung neutralisiert werden (Schwimmstellung). Da nun der zufuhrseitige Abschnitt 1 18 in seiner Orientierung festgelegt ist und der ungebogene Endabschnitt 1 15 zwar in der Spanneinrichtung eingespannt bleibt, bezüglich Drehung um die Biegeachse aber freigegeben ist, entspannt sich das Werkstück, federt zurück und dreht dabei den Biegearm 120 und den damit gekoppelten Biegeantrieb MY in die ursprüngliche Biegerichtung 127 mit. Die Rückfederung in die ursprüngliche Biegerichtung 127 ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Nach Ende dieser Rückfederbewegung liegt am Werkstück der tatsächliche Ist-Biegewinkel an. Die zugehörige Drehstellung des Biegeantriebs kann direkt aus dem Gebersignal des Drehgebers 128 durch die Steuereinrichtung 1 80 ausgelesen werden. Auf diese Weise wird der Biegearm selbst als Teil einer Messeinrichtung zur Bestimmung des Ist-Biegewinkels genutzt. Diese Verfahrensvariante zur Messung des Ist-Biegewinkels kommt vollständig ohne gesonderte Messeinrichtungen, wie Taster, Kameras oder dergleichen aus, da ausschließlich bereits in der Biegemaschine vorhandene Elemente, beispielsweise der Drehgeber 128, genutzt werden.
In vielen Fällen stimmt der Ist-Biegewinkel nach dem Zurückfahren bereits ausreichend genau mit dem Soll-Biegewinkel überein. Sollte eine zu große Abweichung zwischen Soll-Biegewinkel und Ist- Biegewinkel vorliegen, wird ein Nachbiegevorgang eingeleitet. Für das Nachbiegen verbleibt die Spanneinrichtung weiterhin in Eingriff mit dem Endabschnitt und der Biegearm wird mit Hilfe des Biegeantriebs um einen gewissen Nachbiegewinkel in eine geeignete Nachbiegerichtung bewegt. Für die Bestimmung der Größe des Nachbiegevorgangs, d.h. für die Bestimmung von Ausmaß und Richtung der Schwenkbewegung des Biegearms beim Nachbiegen, wird eine besondere Verfahrensvariante genutzt. Dabei wird für jede Biegung eines Werkstück anhand eines lehrenhaltigen Gutteils vorab ein erster Faktor F1 ermittelt, der sich aus dem Verhältnis des tatsächlichen Drehwinkels des Biegeantriebs beim Überbiegen (erster Drehwinkel bzw. Summe aus Soll-Biegewinkel und Überbiegewinkel) zum ausgelesenen tatsächlichen Ist-Biegewinkel bei der Bestimmung des Ist-Biegewinkels ergibt. Bei allen Werkstücken gleichen Typs wird bei der gleichen Biegung die weitere Produktion auf Basis dieses ersten Faktors für den Nachbiegevorgang gesteuert. Dazu erfolgen für jede Biegung zunächst das Überbiegen, dann das daran anschließende Freifahren und schließlich das Freigeben des Biegearms und die Ermittlung des tatsächlichen Ist-Biegewinkels. Der bei diesem Schritt aus dem Drehgeber 128 ermittelte Winkel wird von dem Soll-Biegewinkel abgezogen und der erhaltene Differenzwinkel mit dem für den Nachbiegevorgang am Gutteil ermittelten ersten Faktor multipliziert. Der so erhaltene Wert wird als Nachbiegewinkel verwendet.
Zur Erläuterung sei von einem Werkstück ausgegangen, bei dem eine Biegung mit einem Soll-Biegewinkel von 90° erzeugt werden soll. Bei der Produktion eines lehrenhaltigen Gutteils war der Biegeantrieb, ausgehend von der Ausgangsstellung, zunächst um einen ersten Drehwinkel von 96° im Uhrzeigersinn gedreht worden, um den Sollbiegewinkel von 90° zu erreichen. Dadurch ergibt sich der erste Faktor F1 = 96 90° = 1 ,07. Beim nächsten Biegeteil wird nun ebenfalls beim Überbiegen zunächst um 96° gebogen. Aufgrund nicht konstanter Materialverhältnisse kann es nun sein, dass dennoch der ermittelte Ist- Biegewinkel vom gewünschten Soll-Biegewinkel abweicht. I m Beispielsfall ergebe sich ein Ist-Biegewinkel von 88°. Bei der erforderlichen Nachbiegeoperation wird nun mit einem Nachbiegewinkel von 2, 14° gearbeitet, der sich aus der Differenz zwischen Soll- Biegewinkel (90°) und Ist-Biegewinkel (88°) multipliziert mit dem ermittelten ersten Faktor (1 ,07) ergibt. Es ist auch eine andere Verfahrensvariante möglich, die beispielsweise dann genutzt werden kann, wenn aus einer Zeichnung des Biegeteils die gewünschten Biegewinkel bekannt sind, aber noch keine I nformationen über die zur Erreichung dieser Biegewinkel erforderlichen Biegebewegungen vorliegen. Dabei kann z.B. gleich beim ersten Biegeteil einer Serie das Messverfahren zur Bestimmung des Ist- Biegewinkels und ein Nachbiegen eingesetzt werden Der erste Faktor F1 kann für jede Biegung und für jedes Biegeteil aktuell berechnet und als Basis für den Nachbiegevorgang genutzt werden. Dies ist möglich, da der tatsächliche Drehwinkel des Biegearms der Steuerung bekannt ist, der Ist-Biegewinkel messtechnisch erfasst wird und der Soll- Biegewinkel z. B. aus einer Zeichnung abgelesen oder aus einer anderen Informationsquelle hergeleitet werden kann, so dass alle für die Bestimmung des ersten Faktors F1 erforderlichen Daten vorliegen.
Der erste Drehwinkel kann also anhand eines lehrenhaltigen Gutteils einer Serie von gleichen Biegeteilen oder durch eine Messung an dem aktuellen Werkstück ermittelt werden.
Ein zusätzlicher zweiter Faktor F2 kann berücksichtigt werden, um den Differenzwinkel zu gewichten. Dies kann beispielsweise nützlich sein, wenn innerhalb einer Serie zu große Winkelabweichungen vorliegen, da es beispielsweise sonst beim ersten Nachbiegen bereits wieder zu einem Überbiegen und damit zu einem falschen Wnkel kommen kann. Als gute Näherung kann ein linearer Zusammenhang zwischen der Winkelabweichung und dem zweiten Faktor angenommen werden. Der zweite Faktor kann in diesem Fall durch eine rechnerisch erzeugte Gerade in einem x-y-Diagramm repräsentiert werden, wobei auf der x- Achse die Winkelabweichung und auf der y-Achse der zweite Faktor F2 aufgezeichnet ist, wobei die Gerade die y-Achse bei +1 schneidet und eine negative Steigung hat. Dadurch wird der erste Faktor F1 bei kleinen Winkelabweichungen nahezu unverändert beibehalten und wird bei größeren Winkelabweichungen geeignet verkleinert. Die Steigung der Geraden, d.h. der Proportionalitätsfaktor zwischen Winkelabweichung und zweitem Faktor, kann eingestellt werden. Im Beispielsfall wird ein Rohr mit einer numerisch gesteuerten Rotationszug-Biegemaschine mit Biegeform gebogen. Andere Ausführungsbeispiele arbeiten ohne Biegeform. Anstelle eines Rohres kann auch ein massiver Stab oder ein Draht gebogen werden. Werkstücke können einen kreisrunden, aber auch ovalen oder polygonalen Querschnitt haben oder auf andere Weise profiliert sein.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines Biegeteils aus einem langgestreckten Werkstück, insbesondere aus einem Rohr, mittels einer Biegemaschine, die einen Biegekopf mit einem Biegearm aufweist, der eine Einrichtung zum Angreifen an einem Endabschnitt des Werkstücks aufweist und mittels eines durch eine Steuereinrichtung gesteuerten Biegeantriebs um eine Biegeachse drehbar ist,
wobei zunächst ein Abschnitt des Werkstücks in eine Ausgangsstellung im Eingriffsbereich des Biegekopfs gebracht wird,
danach die Einrichtung zum Angreifen in Kontakt mit dem Endabschnitt gebracht wird,
danach in einer Biegeoperation durch Drehen des Biegearms um die Biegeachse eine Biegung zwischen einem zufuhrseitigen Abschnitt und dem Endabschnitt erzeugt wird und
anschließend ein durch die Biegeoperation erzeugter Ist- Biegewinkel ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Ermittlung des Ist-Biegewinkels der Biegearm in eine Messstellung gebracht wird, bei der ein Element des Biegearms in Kontakt mit dem Endabschnitt steht, und
dass ein die Drehstellung des Biegearms in der Messstellung repräsentierendes Gebersignal zur Bestimmung des Ist-Biegewinkels verarbeitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , worin der Biegeantrieb einen an die Steuereinrichtung angeschlossenen Drehgeber aufweist und ein Drehgebersignal dieses Drehgebers zur Bestimmung des Ist- Biegewinkels verarbeitet wird
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Einrichtung zum Angreifen nach dem Ende der Biegeoperation in Eingriffsstellung mit dem eingespannten Endabschnitt verbleibt und der Biegeantrieb zur Bestimmung des Ist-Biegewinkels derart freigegeben wird, dass der Biegearm durch das sich entspannende Werkstück in die Messstellung gedreht wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Endabschnitt des Werkstücks mittels einer Spanneinrichtung eingespannt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin bei der Biegeoperation der Endabschnitt zunächst unter Einwirkung eines Biegemoments relativ zu dem zufuhrseitigen Abschnitt bezogen auf einen Soll-Biegewinkel in eine Biegerichtung um einen Überbiegewinkel überbogen wird und danach der Biegearm durch den Biegeantrieb entgegen der Biegerichtung so weit zurückgedreht wird, bis an dem Biegearm ein zum Biegemoment gegensinniges Gegenmoment anliegt, so dass der Endabschnitt ein in Biegerichtung wirkendes Moment auf den Biegearm ausübt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, worin das Zurückdrehen entgegen der Biegerichtung so gesteuert wird, dass unter Einwirkung des Gegenmoments das Werkstück in geringem Maß plastisch deformiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Biegemaschine eine Gleitschieneneinrichtung zur Führung des zufuhrseitigen Abschnitts während der Biegeoperation aufweist und worin die Gleitschieneneinrichtung nach Ende der Biegeoperation zunächst entlastet und danach zur Fixierung des zufuhrseitigen Abschnitt für die Bestimmung des Ist-Biegewinkels wieder an den zufuhrseitigen Abschnitt angedrückt wird, wobei bei der Fixierung die Gleitschieneneinrichtung vorzugsweise nur mit einem Bruchteil der während der Biegeoperation aufgebrachten Kraft an den zufuhrseitigen Abschnitt angedrückt wird, insbesondere mit weniger als 50% dieser Kraft.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin bei der Biegeoperation der Biegearm ausgehend von einer Startstellung bei ungebogenem Werkstück um einen ersten Drehwinkel gedreht wird, der größer als der für die Biegung vorgesehene Soll-Biegewinkel ist, worin derjenige erste Drehwinkel ermittelt wird, der zu einem Ist- Biegewinkel führt, der mit dem Soll-Biegewinkel im Rahmen der Toleranzen übereinstimmt,
worin ein erster Faktor bestimmt wird, der das Verhältnis zwischen diesem ersten Drehwinkel und dem Ist- Biegewinkel angibt,
worin eine Nachbiegeoperation durchgeführt wird, wenn ein Winkeldifferenzwert zwischen dem bestimmten Ist-Biegewinkel und einem für die Biegung vorgegebenen Soll-Biegewinkel größer als ein Nachbiege-Schwellwert ist,
und worin bei der Nachbiegeoperation um einen Nachbiegewinkel gebogen wird, der proportional zum Produkt aus dem Winkeldifferenzwert und dem ersten Faktor ist,
wobei der erste Drehwinkel anhand eines lehrenhaltigen Gutteils einer Serie von gleichen Biegeteilen oder durch eine Messung an dem aktuellen Werkstück ermittelt wird.
9. Biegemaschine zur Herstellung eines Biegeteils aus einem langgestreckten Werkstück (1 10), insbesondere aus einem Rohr, mit einem Biegekopf (1 00), der einem Biegearm (120) aufweist, welcher eine Einrichtung (1 30) zum Angreifen an einem Endabschnitt (1 15) des Werkstücks umfasst und mittels eines durch eine Steuereinrichtung (1 80) gesteuerten Biegeantriebs (MY) um eine Biegeachse (125) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegemaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche konfiguriert ist.
1 0. Biegemaschine nach Anspruch 9, worin der Biegeantrieb (MY) einen an die Steuereinrichtung (1 80) angeschlossenen Drehgeber (128) aufweist und eine Auswerteeinrichtung dafür eingerichtet ist, ein Drehgebersignal dieses Drehgebers zur Bestimmung des Ist- Biegewinkels zu verarbeiten.
1 1 . Biegemaschine nach Anspruch 9 oder 10, worin der Biegearm eine Spanneinrichtung (1 30) zum Einspannen des Endabschnitts (1 1 5) des Werkstücks aufweist.
12. Biegemaschine nach Anspruch 9, 10 oder 1 1 , worin die Biegemaschine eine Gleitschieneneinrichtung (1 50) zur Führung des zufuhrseitigen Abschnitts (1 1 8) während der Biegeoperation aufweist und worin die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, dass die Gleitschieneneinrichtung nach Ende der Biegeoperation zunächst entlastet und danach zur Fixierung des zufuhrseitigen Abschnitt für die Bestimmung des Ist-Biegewinkels wieder an den zufuhrseitigen Abschnitt angedrückt wird.
1 3. Verfahren zur Herstellung eines Biegeteils aus einem langgestreckten Werkstück, insbesondere aus einem Rohr, mittels einer Biegemaschine, die einen Biegekopf mit einem Biegearm aufweist, der eine Einrichtung zum Angreifen an einem Endabschnitt des Werkstücks aufweist und mittels eines durch eine Steuereinrichtung gesteuerten Biegeantriebs um eine Biegeachse drehbar ist,
wobei zunächst ein Abschnitt des Werkstücks in eine Ausgangsstellung im Eingriffsbereich des Biegekopfs gebracht wird,
danach die Einrichtung zum Angreifen in Kontakt mit dem Endabschnitt gebracht wird, und danach in einer Biegeoperation durch Drehen des Biegearms um die Biegeachse eine Biegung zwischen einem zufuhrseitigen Abschnitt und dem Endabschnitt erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Biegeoperation der Endabschnitt zunächst unter Einwirkung eines Biegemoments relativ zu dem zufuhrseitigen Abschnitt bezogen auf einen Soll-Biegewinkel in eine Biegerichtung um einen Überbiegewinkel überbogen wird und danach der Biegearm durch den Biegeantrieb entgegen der Biegerichtung so weit zurückgedreht wird, bis an dem Biegearm ein zum Biegemoment gegensinniges Gegenmoment anliegt, so dass der Endabschnitt ein in Biegerichtung wirkendes Moment auf den Biegearm ausübt, wobei das Zurückdrehen entgegen der Biegerichtung so gesteuert wird, dass unter Einwirkung des Gegenmoments das Werkstück in geringem Maß plastisch deformiert wird.
14. Computerprogrammprodukt, welches insbesondere auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder als Signal verwirklicht ist, wobei das Computerprogrammprodukt, wenn es in den Speicher eines geeigneten Computers geladen und von einem Computer ausgeführt ist bewirkt, dass der Computer bzw. eine durch den Computer gesteuerte Biegemaschine ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchführt.
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