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Dokumentenidentifikation DE4309012C2 14.08.1996
Titel Verfahren zum Warmsetzen von Schraubfedern
Anmelder Kunze Elektronic GmbH, 52393 Hürtgenwald, DE
Erfinder Kunze, Jürgen, 52249 Eschweiler, DE
Vertreter Liermann, M., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 52355 Düren
DE-Anmeldedatum 20.03.1993
DE-Aktenzeichen 4309012
Offenlegungstag 22.09.1994
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 14.08.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.08.1996
IPC-Hauptklasse C21D 9/02

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein rechnergestütztes Verfahren zum Warmsetzen von Schraubenfedern, insbesondere Ventilfedern für die Automobil-Industrie.

Die Automobil-Industrie verlangt von den Ventilfedern-Herstellern, daß die Abweichungen von einer vorgegebenen Federkennlinie kleiner als 2% sind. Tatsächlich fertigt die Federindustrie jedoch derzeit Schrauben- und Ventilfedern mit Abweichungen bis zu 12% von einer vorgegebenen Federkennlinie, was einen hohen Ausschuß zur Folge hat.

Zum Stand der Technik gehören folgende Warmsetzverfahren:

Beim zeitgesteuerten Warmsetzen wird die Feder zunächst auf Blockhöhe gefahren. Dort wird eine festgelegte Zeit gewartet. Nach dem Ablauf dieser Zeit wird die Feder wieder entspannt. Beim Auffahren der Feder wird bei einer bestimmten Länge eine Prüfkraft ermittelt. Ergibt sich dabei, daß die Prüfkraft kleiner als der vorgegebene Sollwert ist, ist die Feder unbrauchbar. Die festgelegte Blockhaltezeit war dann zu lang.

Ein rechnergestütztes Verfahren zum Warmsetzen von Schraubenfedern stellt das kraftabhängige Warmsetzen dar. Beim kraftabhängigen Warmsetzen wird vom Bediener eine Kraft vorgegeben, die beim Zufahren der Feder auf Blockhöhe, jedoch kurz vorher erreicht werden muß. Nachdem die Blockhöhe angefahren wurde und eine vorgegebene Zeit abgelaufen ist, fährt die Presse auf die etwas oberhalb der Blockhöhe liegende Position. An dieser Position wartet sie, bis sich die vom Bediener vorgegebene Referenzkraft einstellt, maximal jedoch eine vorgewählte Zeit. Ist die an dieser Position gemessene Kraft durch das Fließen der warmen Feder kleiner oder gleich der vorgegebenen Kraft, wird die Feder sofort entspannt und beim Auffahren werden an mehreren Positionen Kräfte gemessen und die Federkonstante der warmen Feder mittels eines Rechners ermittelt.

Das kraftgeregelte Warmsetzen entspricht dem zuvor beschriebenen kraftabhängigen Warmsetzen, allerdings mit dem Unterschied, daß bereits beim Zufahren der Feder auf Block an mehreren Positionen Kräfte gemessen werden, aus denen dann mittels eines Rechners die Prüfkraft für die Prüfhöhe kurz vor Erreichen der Blockhöhe errechnet wird. Nachdem die Blockhöhe angefahren wurde und die vorgewählte Wartezeit abgelaufen ist, fährt die Presse auf die Prüfhöhe, wo der Rechner auf die aus den anderen Prüfkräften ermittelte Referenzkraft, maximal jedoch die vorgegebene Zeit wartet. Ist die an dieser Position gemessene Kraft durch das Fließen der warmen Feder kleiner oder gleich der vorgegebenen Kraft, wird die Feder sofort entspannt und beim Auffahren werden an mehreren Positionen Kräfte gemessen und die Federkonstante der warmen Feder mittels des Rechners ermittelt.

Schließlich ist noch das Mehrfachblocken mit Referenzkraft bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Referenzkraft auf einer Prüfhöhe vorgegeben. Zunächst wird die Feder geblockt. Dann wird die Prüfhöhe angefahren und die Federkraft gemessen. Ist die gemessene Kraft höher als die vorgegebene Kraft, so wird der Blockvorgang bis zu 2mal wiederholt. Ist die Kraft kleiner als die vorgegebene, wird die Feder wieder entspannt und kann entnommen werden.

Allen vorbeschriebenen Setzverfahren ist gemeinsam, daß der Verfahrensablauf vom Bediener abhängig ist der die Blockzeit eingehen muß und auf Änderungen in vorherigen Abläufen reagieren muß. Dies hat zur Folge, daß das Bedienungspersonal versucht, lieber mehr zu starke als zu schwache Federn zu produzieren, da die zu schwachen Federn nicht mehr brauchbar sind. Die zu starken Federn müssen jedoch den Setzvorgang nochmals durchlaufen.

Weitere Nachteile der bekannten Verfahren bestehen darin, daß die Temperatur des Anlaßofens nicht eingeht und die im Durchlauf erfolgenden Kraftmessungen ungenau sind.

Die Qualität der gesetzten Federn ist daher in hohem Maße von den Fähigkeiten des Bedieners der Setzmaschine abhängig. Die heute insbesondere für Ventilfedern der Autoindustrie geforderten geringen Abweichungen von einer idealen Federkennlinie können daher mit den bekannten Setzverfahren nur unter Inkaufnahme eines hohen Ausschusses erreicht werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Schraubenfedern unter starker Verminderung des sonst üblichen Ausschusses bei hoher, gewünschter Toleranzhaltigkeit fertigen zu können.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, ein selbstlernendes Verfahren zu schaffen, bei dem die Verfahrensdaten iterativ aus an den Federn bzw. der Setzmaschine gemessenen bzw. aufgenommenen Daten ermittelt werden. Über einen Sollwert-Abgleich ist dann eine unmittelbare Nachregelung des Warmsetzens möglich.

Im einzelnen wird diese Aufgabe bei einem rechnergestützten Verfahren zum Warmsetzen von Schraubfedern auf einer Setzmaschine durch

  • A. Eingabe der Solldaten der Setzparameter und/oder für die zu setzenden Federn in den Steuerungsrechner,
  • B. Vorgabe einer Blockhaltezeit für die erst zu setzende Feder einer erstmals produzierten Charge, Aufnahme der Istwerte der Setzparameter und/oder der Federn während des Zu- und/oder Auffahrens der ersten Feder der Charge auf bzw. von Blockhöhe,
  • C. Berechnung der Blockhaltezeit und/oder der Blockkraft und/oder der Blockhöhe in Abhängigkeit der Abweichungen der aufgenommenen Istwerte zu den eingegebenen Solldaten,
  • D. im Falle der Abweichung der aufgenommenen Istwerte von den für die Federn vorgegebenen Solldaten Wiederholung der beiden vorgenannten Verfahrensschritte mit weiteren Federn der Charge unter Berücksichtigung der im Steuerungsrechner gespeicherten Istwerte der vorausgehenden Istwertaufnahmen und errechneten Blockhaltezeiten,
  • E. und anschließendes kontinuierliches Setzen der Federn der Charge und Korrigieren von deren Blockhaltezeit und/oder Blockkraft und/oder Blockhöhe in Abhängigkeit der Abweichungen der aufgenommenen Istwerte zu den eingegebenen Solldaten gelöst.


Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch seinen Soll/Istvergleich eine nahezu unmittelbar erfolgende Parallel-Verschiebung der Istwerte der Feder in den Bereich der vom Federkonstrukteur vorgegebenen Solldaten. Der Ausschuß wird dadurch in ganz erheblichem Maße reduziert. Da das Warmsetzen zu den Schlußoperationen der nahezu fertiggestellten Feder gehört, ist mit der Ausschußverringerung eine erhebliche Kostenersparnis verbunden.

Durch die Eingabe der Solldaten kann der Steuerungsrechner die vorgegebenen, gewünschten Daten mit den gemessenen Istwerten, insbesondere der zu setzenden Feder vergleichen und in Abhängigkeit von der Abweichung der Istwerte von den Solldaten die Blockhaltezeit und/oder die Blockkraft und/oder die entsprechende Blockhöhe errechnen und vorgeben.

Während der Aufnahme der Istwerte der Setzparameter und/oder der Federn während des Zu- und/oder Auffahrens der Feder und dem Vergleich mit den eingegebenen Solldaten werden beispielsweise auf Längen- und Materialunterschieden beruhende Abweichungen bemerkt und bei der Blockhaltezeitermittlung berücksichtigt. Ein hoher Ausschuß an zu schwachen Federn kann damit vermieden werden. Darüber hinaus können die Federn mit geringen Toleranzen zu den vorgegebenen Solldaten gefertigt werden.

Über eine Eingabeeinheit werden als Solldaten die Solltemperatur des Ofens und/oder die gewünschte Kennlinie der zu setzenden Federn und/oder die Grundkorrekturwerte der kalten zur warmen Feder und/oder die Federabmessungen in den Steuerungsrechner eingegeben. Die Eingabe des Setzparameters "Ofentemperatur" ermöglicht dem Steuerungsrechner auf temperaturbedingte Änderungen zu reagieren. Durch die Eingabe der Grundkorrekturwerte können temperaturbedingte Unterschiede des Kennlinienverlaufs der zu setzenden Federn berücksichtigt werden. Die Eingabe der Federabmessung ermöglicht das Setzen unterschiedlichster Federn auf einer Setzmaschine.

Bei der Eingabe der Solldaten kann eine Toleranz der Istwerte zu den Istdaten vorgegeben werden, um Federn in gewünschten Toleranzgrenzen fertigen zu können. Insbesondere die Fertigungsgeschwindigkeit von Federn mit hohen Toleranzen läßt sich hierdurch beträchtlich steigern.

Auf der Basis der eingegebenen Solldaten kann der Steuerungsrechner auch die optimale Verfahrensgeschwindigkeit ermitteln, um zu vermeiden, daß in Beschleunigungs- bzw. Bremsphasen Istwerte der zu setzenden Feder, insbesondere deren Kräfte, aufgenommen werden.

Die Solldaten können jedoch nicht nur über eine Eingabeeinheit in den Steuerungsrechner eingegeben werden, sondern auch dadurch, daß die beim Zufahren einer Masterfeder aufgenommenen Daten als Eingabedaten für die zu setzenden Federn in den Steuerungsrechner eingelesen werden. Fehlen von einer idealen Feder die Solldaten bietet dieses Verfahren die Möglichkeit, gleichwohl eine Serie von Federn mit den aufgenommenen Federdaten zu setzen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Blockhaltezeit und/oder die Blockkraft und/oder die Blockhöhe jeweils nach dem Zufahren der Feder auf Blockhöhe vom Steuerungsrechner errechnet. Diese Vorgehensweise bietet den Vorteil, daß zunächst beim Zufahren der Feder auf Blockhöhe die Istwerte der Feder aufgenommen werden und beim anschließenden Auffahren die infolge des Setzens eingetretene Veränderung der Istwerte kontrolliert werden kann.

Eine Neuberechnung der eingegebenen Grundkorrekturwerte und anschließende Berücksichtigung des korrigierten Wertes läßt sich dadurch erzielen, daß die Feder nach dem Warmsetzen abgekühlt wird, die Istwerte der abgekühlten Feder aufgenommen und die Grundkorrekturwerte auf der Basis der aufgenommenen Istwerte berechnet und aktualisiert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung durchlaufen die ersten Federn der Charge vor dem kontinuierlichen Setzen die Verfahrensschritte Warmsetzen, Abkühlen, Aufnahme der Istwerte der abgekühlten Feder, Berechnen und Aktualisieren der Grundkorrekturwerte. Nach etwa 3 bis 4 solcher Abläufe ist dann der beste Verfahrensablauf errechnet. Eine weitere Überprüfung ist nicht mehr erforderlich; die übrigen Federn der Charge können nunmehr kontinuierlich gesetzt werden. Gleichwohl besteht die Möglichkeit, auch während des kontinuierlichen Setzens in vorwählbaren Abständen die Istwerte der kalten Federn aufzunehmen, um beispielsweise Störungen im Verfahrensablauf rechtzeitig feststellen zu können.

Die vom Steuerungsrechner errechneten Verfahrensdaten wie die Blockhaltezeit und/oder Blockkraft und/oder Blockhöhe und die Verfahrensgeschwindigkeit werden im Zusammenhang mit den dazugehörigen Solldaten und Istwerten abgespeichert. Sollen zu einem späteren Zeitpunkt Federn mit gleichen oder ähnlichen Solldaten bei vergleichbaren Istwerten hergestellt werden, greift der Steuerungsrechner auf die abgespeicherten Verfahrensdaten zurück und bestimmt, ausgehend von diesen, die Blockhaltezeit für die aktuelle, zu setzende Feder. Der Speichervorgang, der nur durch die Kapazität des Massenspeichers des Steuerungsrechners begrenzt ist, führt dazu, daß eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebene Setzmaschine mit zunehmendem Datenbestand sich immer schneller an wechselnde, zu setzende Federn anpassen kann. Sollen gleiche Federserien gesetzt werden, können die gespeicherten Verfahrensdaten auch vom Bediener generiert werden.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Beispieles näher erläutert.

Vor dem Setzen von Federn einer Charge auf einer Setzmaschine gibt der Bediener die Solldaten, d. h. die Federkennlinie, die Grundkorrekturwerte des Kennlinienverlaufs der kalten zur warmen Feder, die Solltemperatur des Ofens und die Abmessungen der Feder ein. Anhand der vorgegebenen Daten errechnet sich der Steuerungsrechner die optimale Verfahrensgeschwindigkeit für das Setzen der Feder. Vom Bediener oder der Steuerung wird eine kleine Blockhaltezeit vorgegeben.

Nun wird eine erste Feder der Charge zum Setzen in die Setzmaschine eingesetzt und deren Federkennlinie beim Zufahren der Feder auf Blockhöhe gemessen. Die Feder wird dem Prozeß entnommen, abgekühlt und erneut ausgemessen (Aufnahme der Kennlinie der kalten Feder). Aus den eingegebenen Grundkorrekturwerten der kalten zur warmen Feder und aus den nunmehr tatsächlich ermittelten Grundkorrekturwerten errechnet der Steuerungsrechner die Grundkorrekturwerte neu und speichert sie ab.

Die dabei gemessenen Daten werden in den Rechner eingelesen. Anhand der gemessenen und der eingegebenen Solldaten errechnet der Steuerungsrechner die Blockhaltezeit, mit der die zu setzende Feder auf Blockhöhe gehalten werden muß, um die Federkraft der zu setzenden Feder den vorgegebenen Werten anzunähern. Anschließend wird eine zweite Feder mit 90% der errechneten Blockhaltezeit gesetzt und das Ergebnis durch Aufnahme der Kennlinie der kalten Feder erneut überprüft.

Soweit erforderlich wird die Berechnung korrigiert Danach kann zum kontinuierlichen Setzen der Federn der Charge übergegangen werden.

Da der Rechner sämtliche zuvor aufgenommenen Istwerte sowie die daraus errechneten Blockhaltezeiten speichert, kann iterarativ durch mehrmaliges Durchlaufen der vorgenannten Schritte die ideale Blockhaltezeit errechnet werden.

Nachdem die ersten beiden Federn den Ablauf aus Warmsetzen, Abkühlen und Berechnen und Aktualisieren der Grundkorrekturwerte durchlaufen haben, sind in der Regel die optimalen Verfahrensdaten für den nachfolgend kontinuierlich ablaufenden Setzprozeß errechnet. Mit diesen Daten erfolgt dann ein kontinuierliches Setzen der übrigen Federn der Charge, ohne weitere Überprüfung der Federkennlinien der abgekühlten Federn.

Im Ergebnis führt das rechnergestützte Verfahren zum Warmsetzen von Schraubenfedern zu einer aktiven Ausschußminimierung und Einhaltung enger Toleranzen bei der Federherstellung und damit zur Senkung der Produktionskosten.


Anspruch[de]
  1. 1. Rechnergestütztes Verfahren zum Warmsetzen von Schraubenfedern, insbesondere Ventilfedern, gekennzeichnet durch
    1. A. Eingabe der Solldaten der Setzparameter und/oder für die zu setzenden Federn in den Steuerungsrechner,
    2. B. Vorgabe einer Blockhaltezeit für die erste zu setzende Feder einer erstmals produzierten Charge, Aufnahme der Istwerte der Setzparameter und/oder der Federn während des Zu- und/oder Auffahrens der ersten Feder der Charge auf bzw. von Blockhöhe,
    3. C. Berechnung der Blockhaltezeit und/oder der Blockkraft und /oder der Blockhöhe in Abhängigkeit der Abweichungen der aufgenommen Istwerte zu den eingegebenen Solldaten,
    4. D. im Falle der Abweichung der aufgenommenen Istwerte von den für die Federn vorgegebenen Solldaten Wiederholung der beiden vorgenannten Verfahrensschritte mit weiteren Federn der Charge unter Berücksichtigung der im Steuerungsrechner gespeicherten Istwerte der vorausgehenden Istwertaufnahmen und errechneten Blockhaltezeiten,
    5. E. und anschließendes kontinuierliches Setzen der Federn der Charge und Korrigieren von deren Blockhaltezeit und/oder Blockkraft und/oder Blockhöhe in Abhängigkeit der Abweichungen der aufgenommenen Istwerte zu den eingegebenen Solldaten.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solltemperatur des Ofens und/oder die gewünschte Kennlinie der zu setzenden Federn und/oder die Grundkorrekturwerte der kalten zur warmen Feder und/oder die Federabmessungen als Solldaten in den Steuerungsrechner eingegeben werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Eingabe eine Toleranz der Istwerte von den Solldaten vorgegeben werden kann.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Basis der eingegebenen Solldaten die optimale Verfahrensgeschwindigkeit ermittelt und beim Setzen gefahren wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet daß die beim Zufahren einer Masterfeder aufgenommenen Daten als Eingabedaten für die zu setzenden Federn verwendet werden.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockhaltezeit jeweils nach dem Zufahren der Feder auf Blockhöhe vom Steuerungsrechner errechnet wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn nach dem Warmsetzen abgekühlt werden, die Istwerte der abgekühlten Federn aufgenommen und die Grundkorrekturwerte auf der Basis der aufgenommenen Istwerte berechnet und aktualisiert werden.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten 2-4 Federn nach dem Warmsetzen abgekühlt werden.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Istwerte der kalten Federn während des kontinuierlichen Setzens in vorwählbaren Abständen aufgenommen werden.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, gekennzeichnet durch die Abspeicherung der vom Steuerungsrechner errechneten Verfahrensdaten, wie Blockhaltezeit und/oder Blockkraft und/oder Blockhöhe und/oder Verfahrensgeschwindigkeit, im Zusammenhang mit den Solldaten und Istwerten.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerungsrechner auf die abgespeicherten Verfahrensdaten bei der Herstellung von Federn mit gleichen oder ähnlichen Solldaten und Istwerten zurückgreift.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherten Verfahrensdaten generiert werden können.






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