Trennvorrichtung zum Teilen trennfähiger Materialien

Abstract

 Es wird eine Trennvorrichtung zum Teilen trennfähiger Materialien unterschiedlicher Eigenschaften vorgeschlagen, die ein Trennwerkzeug (1) und einer das Trennwerkzeug bewegenden Antriebseinrichtung (2, 3, 4) aufweist. Ein auf hydraulisch oder pneumatische Weise angetriebener Kolben 2a eines Arbeitszylinders (2) bildet dabei einen Teil der Fassung des Trennwerkzeuges (1). Die Trennvorrichtung umfaßt eine Steuer- und Regeleinrichtung (3, 4) zur Anpassung der Amplitude und/oder Geschwindigkeit des Trennwerkzeuges (1) an vorgegebene Größen, wie Art des zu trennenden Materials oder Vorschub des Trennwerkzeuges.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Trennvorrichtung zum Teilen trennfähiger Materialien unterschiedlicher Eigenschaften nach der Gattung des Hauptanspruchs.

[0002] In der industriellen Fertigung sind als Trennvorrichtung Schneidmaschinen, insbesondere in der Textilindustrie bekannt. Dabei wird die für den Schneidvorgang notwendige Bewegung des Messers von einem rotierenden Elektromotor erzeugt und über mechanische Einrichtungen umgelenkt. Mit dieser Schneidmaschine werden in der Regel übereinanderliegende Lagen von Stoff oder Leder geschnitten, wobei sie durch die Bedienungsperson mit der Hand geführt wird und der benötigte Vorschub durch Muskelkraft aufgebracht wird. Dieser Arbeitsvorgang ist für die Bedienungsperson sehr anstrengend und ermüdend, da der Elektromotor und die

[0003] Umlenkeinrichtung, zum Beispiel ein Getriebe, ein großes Gewicht aufweisen. Es ist auch schon bekannt, Führungsvorrichtungen für das Messer vorzusehen, um so die Schnittgenauigkeit zu verbessern. Diese Führungsvorrichtungen sind aber durch ihre Konstruktion sehr platzaufwendig und die Handhabung der gesamten Schneidmaschine ist umständlich.

[0004] In der Regel gewährleisten die konstruktiven Auslegungen von Elektromotor und Getriebe der Schneidmaschine nur eine bestimmte Drehzahl, das heißt nur eine Geschwindigkeit des Messers,und,eine bestimmte Amplitude, das heißt nur eine bestimmte Länge der translatorischen Bewegung des Messers. Da die optimale Schnittgeschwindigkeit einerseits von der translatorischen Geschwindigkeit des Messers, der Amplitude der translatorischen Messerbewegung sowie des Messervorschubs andererseits von dem zu schneidenden Material und der Schneidhöhe abhängig ist, bestehen bei den herrschenden Schneidmascninen, insbesondere bei den Stoßmessern, nur geringe Möglichkeiten der Schnittgeschwindigkeitsoptimierung.

[0005] Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Trennvorrichtung zum Teilen trennfähiger Materialien zu schaffen, die leicht in der Handhabung ist, und Möglichkeiten zur Regelung der verschiedenen Einflußgrößen des Schneidvorganges aufweist, um eine Optimierung des Schneidvorganges zu erreichen.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

[0007] Die Leistungsdichte der Hydraulik bzw. Pneumatik erlaubt unter Verwendung des Arbeitszylinders mit Kolben eine starke Verkleinerung der Bauelemente zur Realisierung der Bewegungsabläufe sowie für das Zurverfügungstellen der benötigten Schneidkräfte. Die Verkleinerung der Bauelemente bewirkt eine wesentliche Verringerung des Werkzeuggewichtes, so daß hieraus eine bessere Handhabung des Werkzeuges resultiert. Es bietet sich ein erhöhter Einsatz in Robotern an, da nur . geringe Massenkräfte bewegt werden müssen und die Positioniergenauigkeit verbessert ist. Die Steuer- und Regeleinrichtung, die auf den hydraulisch bzw. pneumatisch angetriebenen Arbeitszylinder mit Kolben wirkt, erlaubt eine Optimierung der Schnittgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz, der Amplitude und des Vorschubs des Trennwerkzeuges sowie von dem zu teilenden Material. Die geringen bewegten Massen der Trennvorrichtung sowie die Eigenschaften der Hydraulik erlauben durch geeignete Absperreinrichtungen der Druck- und/oder Tankleitung ein sofortiges Anhalten der Werkzeugbewegung.

[0008] Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß die gesamte Vorrichtung, bestehend aus Trennwerkzeug, hydraulischem Arbeitszylinder, Impulsgenerator mit Steuermotor, eine konstruktive Einheit bilden, so daß die Handhabung weiter verbessert werden kann. Bei einer Auswechslung des-Messers kann in einfacher Weise der Arbeitszylinder mit dem Kolben und dem Messer über Schraub- oder Steckverbindungen ausgetauscht werden. Als weiterer besonderer Vorteil stellt sich die Möglichkeit dar, das Trennwerkzeug mit dem den Kolben im Arbeitszylinder antreibenden Medium zu kühlen. Durch den Kolbenhub ergibt sich ein ständiger Austausch des Kühlmediums, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums linear abhängig von der Frequenz und Amplitude ist, so daß bei größerer Erwärmung des Werkzeuges eine größere Kühlmenge zugeführt wird. Weiterhin ergibt sich die Möglichkeit, die bei dem Trennvorgang möglicherweise auftretenden Späne, durch Luft, die gleichzeitig als Kühlmedium verwendet werden kann, abzuführen.

[0009] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Hilfe der nachfolgendenBeschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil des Trennwerkzeuges und des Arbeitszylinders;

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Trennwerkzeug mit Führung; und

Fig. 4 die schaltungsgemäße Ausgestaltung der Regelschaltung.

[0010] Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist mit 1 das Trennwerkzeug bezeichnet, das zum Beispiel als Messer oder Sägeblatt ausgebildet sein kann. In einem Arbeitszylinder 2 arbeitet ein Kolben 2a, der hydraulisch oder pneumatisch ausgebildet sein kann. Im vorliegenden Beispiel soll die Erfindung mit Hilfe der Hydraulik durchgeführt werden. Der obere Teil des Werkzeuges 1 geht direkt in den Kolben 2a über. Der Kolben 2a im Arbeitszylinder 2 wird durch einen hydraulischen Impulsgenerator 3 angetrieben, wobei die Hydraulikleitungen durch die strichpunktierten Linien angedeutet sind. Der hydraulische Impulsgenerator 3 verwandelt den ihm zugeführten Hydraulikstrom in einen pulsierenden Hydraulikstrom, so daß das mit dem Kolben 2a im Arbeitszylinder 2 verbundene Trennwerkzeug 1 mit dem von dem Impulsgenerator gelieferten pulsierenden Hydraulikstrom Hin- und Herbewegungen ausführt, wobei die Amplitude der translatorischen Bewegung abhängig vom Druck und der Menge der Hydraulikflüssigkeit ist. Der Antrieb des Impulsgenerators 3 erfolgt durch einen Steuermotor 4, der wahlweise als Elektromotor, zum Beispiel als Schrittmotor oder als Hydraulikmotor ausgebildet sein kann. Der Hydraulikmotor kann dabei über die gleiche Druckleitung wie der Impulsgenerator 3 gespeist werden. Mit 5 sind die Hydraulikleitungen für die Hydraulikversorgung bezeichnet, die einerseits von der Pumpe gespeist werden und andererseits in den Tank zurückführen. Die Hydraulikleitungen 5 können je nach Bedarf als flexible Schlauch- oder Metalleitungen ausgebildet sein.

[0011] In der Fig. 1 ist die Trennvorrichtung als eine konstruktive Einheit ausgeführt, wobei diese Anordnung kurze Wege für den Hydraulikstrom gewährleisten. Das Trennwerkzeug 1 kann hierbei mit dem gesamten Zylinder 2 über Schraub- oder Steckverbindungen mit dem Impulsgenerator ausgetauscht werden. Der Kolben 2a kann aber auch als Fassung für das Trennwerkzeug 1 dienen, wobei dieses dann getrennt vom Kolben 2a austauschbar ist. Selbstverständlich können der Arbeitszylinder 2, der Impulsgenerator 3 und der Steuermotor auch getrennt voneinander angeordnet sein, wobei dann zwischen den Teilen Hydraulikleitungen vorgesehen sein müssen.

[0012] In Fig. 2 sind Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung in anderer Ansicht dargestellt, wobei die Zuordnung des Trennwerkzeuges 1 zu dem Arbeitszylinder 2 und dem Impulsgenerator 3 der Fig. 1 entspricht. Zusätzlich ist eine Werkzeugführung 6 vorgesehen (s. auch Fig. 3), in der das Trennwerkzeug 1 geführt ist. Zwischen Werkzeug 1 und Führung 6 ist ein Hohlraum 7 vorhanden. In diesen Hohlraum 7 wird über die Vorlaufleitung 8 Hydraulikflüssigkeit eingeleitet und über die Rücklaufleitung 9 abgeführt. Die Hydraulikflüssigkeit dient dabei zur Abführung der Wärme des Trennwerkzeuges 1. Die Vorlaufleitung 8 wird in die Werkzeugführung 6 bis zum unteren Ende eingeführt, wodurch die Wärmeabführung vom Werkzeug 1 verbessert wird. Die Vorlaufleitung 8 wird über den Impulsgenerator 3 angesteuert, wobei sich bei doppelt wirkendem Zylinder 2 ein kontinuierlicher Vorlaufstrom ergibt. Die Rücklaufleitung 9 geht vom oberen Ende der Werkzeugführung 6 aus und kann direkt mit der Tankleitung verbunden sein oder über den Impulsgenerator 3 als Steuerglied (zum Beispiel Druckbegrenzung des Kühlkreislaufes) geführt sein. Durch den Hub des Kolbens 2a findet ein ständiger Austausch der Kühlflüssigkeit statt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der Hydraulikflüssigkeit linear abhängig von der Frequenz und der Amplitude des Kolbens 2a ist. Bei größeren Schnittgeschwindigkeiten, das heißt bei höherer Frequenz und/oder Amplitude des Werkzeuges l,würde sich eine größere Erwärmung des Trennwerkzeuges 1 ergeben. Da aber gleichzeitig eine größere Kühlmenge, das heißt ein größerer Hydraulikstrom an dem Trennwerkzeug 1 vorbeigeführt wird, wird dieser größeren Erwärmung des Werkzeuges 1 entgegengearbeitet. Damit die Hydraulikflüssigkeit nicht aus der Führung 6 entweichen kann, sind Dichtungen 10 zwischen Trennwerkzeug 1 und Führung 6 vorgesehen, die gleichzeitig als Führungsleisten dienen. Zur weiteren Unterstützung des Werkzeuges 1 sind über seine Länge an der Führung 6 Führungssegmente 11 angeordnet.

[0013] Im eben beschriebenen Beispiel wird die Hydraulikflüssigkeit als Kühlmedium verwendet. Bei einem pneumatisch angetriebenen Kolben 2a bietet sich Luft als Kühlmedium an, wobei die Steuerung und Regelung des Luftstromes wie oben beschrieben durchgeführt wird. Es ist aber auch denkbar, daß auch bei einem hydraulisch angetriebenen Kolben 2a die Kühlung über einen Luftstrom erfolgt. Dabei kann bei spanabhebenden Trennwerkzeugen dieser Luftstrom gleichzeitig zum Entfernen und Wegführen der Späne verwendet werden, indem in der Nähe des Werkzeuges Luftauslässe in der Führung vorgesehen werden.

[0014] In Fig. 4 ist eine Steuer- und Regelschaltung für die Frequenz und die Amplitude des Trennwerkzeuges 1 dargestellt. Dabei sind ein Weggeber 12 und ein Temperaturfühler 13 mit dem Werkzeug 1 verbunden. Der Weggeber 12 ist über einen Brückenverstärker 14, einem Differenzierverstärker 15 und einem Brückengleichrichter 16 an einen Eingang des Reglers 17 angeschlossen. An einem weiteren Eingang des Reglers 17 liegt das vom Temperaturfühler 13 über einen Verstärker 20 gelieferte Signal an. Weiterhin ist ein Eingang 24 für die Soll-Größe vorgesehen. Der Ausgang des Reglers 17 ist über eine Treiberschaltung 18 mit einem Magnetventil 19 verbunden. Der das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 13 verstärkende Verstärker 20 ist an einen Spannungs/Frequenzwandler 21 angeschlossen, der über eine Steuereinheit 22 mit dem als Schrittmotor 23 ausgebildeten Steuermotor 4 verbunden ist.

[0015] Über den Weggeber 12 wird die Amplitude des Trennwerkzeuges 12 gemessen und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses Signal wird verstärkt, differenziert und gleichgerichtet und als Eingangssignal dem Regler 17 zugeführt. Bei Abweichung von der durch den Eingang 24 vorgegebenen Soll-Größe wird das Magnetventil 19 verstellt, so daß die dem Impulsgenerator 3 zugeführte Hydraulikflüssigkeitsmenge verändert und geregelt werden kann. Zusätzlich kann die Amplitudenregelung auch von der Werkzeugerwärmung ausgehen, wobei die Verstellung des Magnetventils 19 in Abhängigkeit von dem vom Temperaturfühler 13 gelieferten Signal erfolgt. Weiterhin wird im vorliegenden Schaltungsbeispiel die Frequenz des Trennwerkzeuges 1 abhängig von der Erwärmung des Werkzeuges gesteuert, wobei das vom Temperaturfühler 13 gelieferte Signal dem Spannungs/ Frequenzwandler zugeführt wird und in ein frequenzabhängiges Signal umgewandelt wird. Über die Steuereinheit 22 wird der Schrittmotor 23 gesteuert, wobei die Drehzahlveränderung des Schrittmotors 23 die Frequenzänderung des Werkzeuges 1 bewirkt.

[0016] Die angegebene Schaltung entsprechend Fig. 4 ist als Beispiel⁴zu sehen. Es ist auch möglich, daß die Frequenzregelung abhängig von dem Signal eines Geschwindigkeitsgebers durchgeführt werden kann, wobei die Soll-Größe entsprechend der dargestellten Amplitudenregelung durch die Werkzeugerwärmung beeinflußt werden kann.

[0017] Die vorliegende Erfindung ist anhand einer Trennvorrichtung mit translatorischer Bewegung des Werkzeuges beschrieben worden. Eine Übertragung der vorliegenden Erfindung auf eine Vorrichtung mit rotierenden Bewegungen des Werkzeuges ist möglich.

Ansprüche

1. Trennvorrichtung zum Teilen trennfähiger Materialien unterschiedlicher Eigenschaften mit einem Trennwerkzeug und einer das Trennwerkzeug bewegenden Antriebseinrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß ein hydraulisch oder pneumatisch angetriebener Kolben (2a) eines Arbeitszylinders (2) wenigstens einen Teil der Fassung des Trennwerkzeuges (1) bildet, und daß eine Steuer- und Regeleinrichtung (3,4) zur Anpassung der Amplitude und/oder Frequenz des Trennwerkzeuges (1) an vorgegebene Größen, wie Art des zu trennenden Materials oder Vorschub des Trennwerkzeuges,vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (2) wenigstens teilweise als Griff zur Handhabung der Vorrichtung dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung einen hydraulischen Impulsgenerator (3) mit einem Steuermotor (4) aufweist, die stufenlos Amplitude und Frequenz regeln.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Teile des Trennwerkzeuges (1) selbst als Kolben (2a) des Arbeitszylinders (2) ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß hydraulischer Arbeitszylinder (2), Impulsgenerator mit Steuermotor (4) eine konstruktive Einheit bilden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (2) mit Kolben (2a) und Trennwerkzeug (1) über Schraub- oder Steckverbindungen mit der Steuer- und Regeleinrichtung verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung eine Regelschaltung aufweist, die über Weg- und/oder Geschwindigkeitsgeber den Augenblickswert der Amplitude und/oder Frequenz des Trennwerkzeuges (1) feststellt und diese auf einen vorgebbaren Sollwert regelt, wobei dieser abhängig von der mit einem Temperaturfühler (13) gemessenen Werkzeugtemperatur veränderbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung eine Steuerschaltung aufweist, die einen Temperaturfühler (13) zur Messung der Werkzeugtemperatur mit einem nachgeschalteten Spannungs/Frequenzwandler (21) umfaßt, dessen Ausgangssignal als Steuergröße für die Frequenz des Trennwerkzeuges (1) dient.

9.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennwerkzeug (1) in einer Führung (6) geführt ist, wobei das Trennwerkzeug über die Führung kühlbar ist.

lO.Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Führung (6) und dem Trennwerkzeug (1) ein Hohlraum (7) vorhanden ist, über den dem Trennwerkzeug (1) ein Kühlmedium direkt zuführbar ist.

11.Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Führung (6) ein Kühlmedium vorgesehen ist, das das Trennwerkzeug (l),ohne mit diesem in direktem Kontakt zu stehen, kühlt.

12.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium die Hydraulikflüssigkeit ist.

l3.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium über eine Vorlaufleitung (8) am unteren Ende der Führung 6) eingeleitet wird und am oberen Ende über eine Rücklaufleitung (9) zurückgeführt wird.

l4.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9,10,12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Trennwerkzeug (1) und Führung (6) Dichtungen (10) vorgesehen sind, die gleichzeitig als Führungsleisten dienen.

15.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Führung des Trennwerkzeuges (1) Führungssegmente (11) vorgesehen sind.

16.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums abhängig von der Frequenz und Amplitude des Trennwerkzeuges (1) ist.

17.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 oder 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium Luft ist.

18.Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft gleichzeitig zum Wegführen der bei dem Trennvorgang auftretenden Späne dient.

Zeichnung