Verfahren und Vorrichtung zur maschinellen Herstellung von Ausschnitten aus Flachmaterial, insbesondere Intarsien

Abstract

 Nach einem Verfahren zur maschinellen Herstellung von Ausschnitten aus einem Flachmaterial, insbesondere der Teile von Intasien, werden die paßgenau in- und/oder aneinander anzuordnenden Teile maschinell aus einem Formblatt geschnitten. Hierbei wird das Schneidwerkzeug in den drei Raumkoordinaten gesteuert, über dem Furnierblatt verfahren und schneidet die Teile aus dem Blatt aus. Das Schneidwerkzeug ist ein um seine Längsachse schwenkbarer Schneidstichel.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 jeweils zur maschinellen Herstellung von Ausschnitten aus einem Flachmaterial, insbesondere zur Herstellung der Teile von Intarsien.

[0002] Der Ablauf der Herstellung einer Intarsie nach konventionellem Verfahren besteht aus Schneiden, Zusammenlegen, mit Trägerpapier versehen und Aufleimen der einzelnen Teile auf einem geeigneten Untergrund, z.B. für Holzeinlegearbeiten an einem Schranktürblatt, sowie einer nachfolgenden Oberflachenbehandlung, wie Lackieren, Versiegeln, usw..

[0003] Aus der DE 34 32 681 A1 (Denger) ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei der die paßgenau in- und/oder aneinander anzuordnenden Teile maschinell aus einem Furnierblatt geschnitten werden, indem das Schneidwerkzeug in den drei Raumkoordinaten gesteuert, über dem Furnierblatt verfahren wird und hierbei die Teile aus dem Blatt geschnitten werden. Das Schneidwerkzeug ist hierbei ein Laser-Schneidstrahl, wobei ein auf die Schneidstelle gerichteter Stickstoffstrahl ein Verbrennen des Furnierblattes verhindert. Dieser Vorrichtung haften jedoch folgende Nachteile an : Die allgemeinen Gefahren, die mit der Verwendung eines Lasers verbunden sind, der benötigte Betriebsstrom bei Schnittunterbrechungen und das benötigte Stickstoffgas im Betrieb, was zu einem ständigen Verbrauch dieser Betriebsmittel führt. Außerdem hat der Laserstrahl eine nicht im gewünschten Maße exakt begrenzbare Schneidtiefe, so daß beim Durchschneiden eines Flachmaterials die Schneidunterlage mit angeschnitten werden muß. Weitere Nachteile des Lasers ergeben sich aus dem relativ großen Strahldurchmesser des Lasers. Der relativ große Strahldurchmesser hat zur Folge, daß beim Schneiden eine Schnittluft in der Breite des Strahldurchmessers entsteht. Außerdem erhalten zu schneidende Innenecken grundsätzlich einen Radius von der Größe des halben Strahldurchmessers.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Ausschnitten aus einem Flachmaterial zu schaffen, bei dem die Schneidunterlage nicht mit angeschnitten wird, bei dem nur eine minimale, nicht leicht erkennbare Schnittfuge an einer Oberfläche entsteht und mit dem scharfe Innenecken geschnitten werden können.

[0005] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 gemäß dessen kennzeichnenden Teil gelöst und bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 2 gemäß dessen kennzeichnenden Teil gelöst. Dabei geht die Erfindung aus von dem bekannten Verfahren zur maschinellen Herstellung von Ausschnitten aus einem Flachmaterial, bei dem die Ausschnitte durch ein Schneidwerkzeug aus dem auf einer Schneidunterlage festgelegten Flachmaterial geschnitten werden, indem das Schneidwerkzeug beim Schneidvorgang in den drei Raumkoordinaten gesteuert wird. Die Erfindung in Bezug auf das Verfahren besteht darin, daß mit dem auf- und abschwingenden und um seine Längsachse schwenkbaren Schneidwerkzeug in das Flachmaterial eine V-förmige Kerbe genau bis zur Oberfläche der Schneidunterlage eingestochen wird.

[0006] Zur maschinellen Herstellung von Ausschnitten aus einem Flachmaterial, insbesondere von Intarsien, zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, geht dieses aus von einer Vorrichtung mit einem Schneidwerkzeug an einer Lager- und Führungseinrichtungen aufweisenden Schneidkopfeinheit, mit einer Schneidunterlage, auf der das Flachmaterial festgelegt ist und mit einer mit den Verstellantrieben der Schneidkopfeinheit verbundenen Steuereinrichtung zur Steuerung des Schneidwerkzeuges in den drei Raumkoordinaten. Die Erfindung in Bezug auf die Vorrichtung besteht darin, daß das Schneidwerkzeug als Schneidstichel ausgebildet ist, welcher mit einem Schwingantrieb und mit einer um die Längsachse des Schneidstichels drehbaren Schwenkeinrichtung und mit einer Andruckeinrichtung über eine Lager- und Führungseinrichtung verbunden ist und der Schneidstichel eine V-förmige Schneide aufweist, deren Schneidkante in das Flachmaterial genau bis zur Oberfläche der Schneidunterlage einsticht und der Schneidstichel an einer linear verschiebbaren Hubstange gelagert ist.

[0007] Weitere Fortbildungen und Ausgestaltungen der Vorrichtung nach der Erfindung werden in den Unteransprüchen beansprucht.

[0008] In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Es zeigen :

Fig. 1

einen Arbeitstisch mit einem Furnierblatt als Flachmaterial (Werkstück) und einer darüber befindlichen Schneidvorrichtung,

Fig. 2

eine teilweise geschnittene Ansicht der Schneidvorrichtung,

Fig. 3

eine Ansicht nach der Linie III - III von Figur 2,

Fig. 4A

eine Ansicht des Schneidstichels aus Richtung des Pfeiles IV A von Figur 4C,

Fig. 4B

eine Ansicht aus Richtung des Pfeiles IVB von Figur 4C,

Fig. 4C

eine Draufsicht auf die Schneide des Schneidstichels aus Richtung des Pfeiles IVC von Figur 4A und

Fig. 5

einen Querschnitt durch das Oberteil des Arbeitstisches.

[0009] In Figur 1 ist eine allgemeine Ansicht der Vorrichtung 1 nach der Erfindung dargestellt. Auf einem Arbeitstisch 11, vorzugsweise einem Vakuumtisch mit plangefräßter Oberfläche, ist ein Furnierblatt 9 als Werkstück, im folgenden als Furnierblatt oder als Holzfurnier bezeichnet, gelagert. Über dem Arbeitstisch 11 ist ein Portalwagen 12 in Y-Richtung verfahrbar, während am Portalwagen 12 die Schneidkopfeinheit 2 in X-Richtung verfahrbar ist. Außerdem kann die Schneidkopfeinheit 2 in Z-Richtung angehoben und abgesenkt und der Schneidstichel selbst, wie nachfolgend noch im Einzelnen beschrieben wird, um den Winkel A geschwenkt werden. Hierdurch ist ein eingriffsfreies Positionieren sowie Absenken auf einen gewählten Anfangspunkt für die Arbeit möglich.

[0010] Im Unterschied zu der konventionellen Herstellung einer Intarsie, die mit großem handwerklichem Aufwand und Einsatz von zeichnerischen Mitteln, wie Schablonen, Linealen und einer Aufskizzierung auf das Furnierblatt mit nachfolgendem, mit großem handwerklichem Geschick durchzuführendem Ausschneiden mit einem Messer o.ä. Werkzeug verbunden ist, hat erfindungsgemäß neben der reinen Maschinenbedienung nur noch das Auflegen der gewünschten Furnierblätter von Hand zu erfolgen. Der sich daraus ergebende Vorteil ist der einer beliebigen Reproduzierbarkeit mit hohen Stückzahlen, wobei aber der individuelle Charakter einer Intarsiearbeit noch durch den Variationsgrad des Naturstoffes Holzfurnier gewahrt bleibt. Die freie Kombinierbarkeit der Teile genau gleicher Abmaße eröffnet auch eine sehr wirtschaftliche Ausnutzung der teueren Furnierblätter. Es können somit aus zwei gleichen Schnittfolgen aus zwei Furnierblättern zwei komplette, jedoch komplementäre Intarsien erstellt werden, ohne Abfall oder Verschnitt. Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit trägt ferner bei, daß an den hergestellten Teilen keine Nacharbeiten durchzuführen sind.

[0011] Die Bewegung des Schneidstichels in Z-Richtung d.h. die Auf- und Abwärtsbewegung, erfolgt durch einen Schwingantrieb 3. In dem Schwingantrieb 3 wird die Auf- und Abwärtsbewegung aus einer exzentrischen Bewegung abgeleitet. Der dazu benötigte Exzenter 31 ist mit einer Riemenscheibe 32 auf einer Abtriebswelle 33 gelagert, die von einem manuell oder rechnergeschalteten Antriebsmotor 34 mittels einer Riemenverbindung 35 angetrieben wird. Das mit dem Kurbelzapfen der Exzenterscheibe 31 verbundene Pleuel 36 ist an seinem unteren Ende derart mit einer zylindrischen Hubstange 4 verbunden, daß nur die Vertikalkomponente der Exzenterbewegung genutzt wird. Die Hubstange 4 wird an ihrem oberen Ende verschleißfrei in drei Rollenlagern 42, im nachfolgenden als Führungslager bezeichnet, geführt, die zueinander in einer Ebene um 120^o versetzt sind (Fig.3). und die die Bewegung der Hubstange in Z-Richtung auf ihrem Umfang tangential aufnehmen und führen.

[0012] Unterhalb des Schwingantriebes 3 befindet sich die Schwenkeinrichtung 5 mit einer Andruckeinrichtung 6. Die Schwenkeinrichtung 5 besteht aus einer hohlen Welle 51, an deren oberen Ende eine Riemenscheibe 52 und an derem unteren Ende ein Lagergehäuse 53 starr befestigt ist. Die Riemenscheibe 52 ist mit einem Lager 521 und das Lagergehäuse 53 mit einem Lager 531 um die Mittelachse schwenkbar gelagert. Auf der Riemenscheibe 52 ist das Führungslager 42 für die Hubstange 4 gelagert. Die Riemenscheibe 52 und damit die gesamte Schwenkeinrichtung 5 wird ihrerseits durch einen rechnergesteuerten Schwenkmotor 54 mittels der Zahnriemenverbindung 55 geschwenkt. Am unteren Ende der Schwenkeinrichtung 5 ist eine Kurvenscheibe 571 mit einem Referenzschalter 572 zur Bestimmung des Drehwinkels A angeordnet.

[0013] In der Schwenkeinrichtung befindet sich die Andruckeinrichtung 6. Die Andruckeinrichtung 6 besteht , von oben nach unten gesehen, aus einer Druckübertragungsscheibe 61, die jeweils mit Vertiefungen auf zwei diametral gegenüberliegenden Führungssäulen 63 aufliegen, die mit ihren unteren Enden mit einer Andruckscheibe starr verbunden sind. Der Andruck wird durch zwei Spannfedern 62 erzeugt, die jeweils zwischen der Druckübertragungsscheibe 61 und einem unteren Fixpunkt an der Schwenkeinrichtung 5 gespannt sind. Von den beiden Spannfedern ist nur die vordere Spannfeder 62, im folgenden auch kurz als Feder bezeichnet, sichtbar. Die hintere Spannfeder ist nicht sichtbar. Die Führungssäulen 63 und die Federn 62 sind einander abwechselnd, jeweils um 90^o zueinander versetzt. Die Führungssäulen 63 sind an der Schwenkeinrichtung 5 jeweils durch zwei Linearlager 561, 562 gelagert. Um die Bewegung der Andruckscheiben 64 nach unten zu begrenzen und um die Scheibe gleichzeitig vor Verschmutzung zu schützen ist eine Kapselung 65 vorgesehen.

[0014] Am unteren Ende der Hubstange 4 ist eine Spannzange 41 als Lagereinrichtung für den Schneidstichel 8 vorgesehen.

[0015] An der Unterseite der Andruckscheibe 64 ist eine Führungseinrichtung 7 angeordnet. Die Führungseinrichtung 7 besteht aus zwei Lagern 711, 712, zwischen denen zwei Andruckrollen 721, 722 gelagert sind, die auf dem Furnierblatt 9 abrollen. Oberhalb der Andruckrollen 721, 722 befindet sich ein Linearlager 73, das den Schneidstichel 8 führt. Die Andruckrollen 721, 722 werden durch die Federn 62 gegen das Furnierblatt 9 angedrückt. Dadurch werden Dickentoleranzen des Furnierblattes 9 ausgeglichen und es ist immer genügend Niederhaltedruck vorhanden.

[0016] Der aus einer zylindrischen Stange aus Spezialstahl angefertigte Schneidstichel 8 hat in Längsrichtung drei Bereiche, nämlich einen Schneidbereich 81 mit einer Frontschneide sechs Nebenschneiden, einen Führungsbereich 82 mit zwei einander gegenüberliegenden, angeschliffenen Führungsflächen 821 und einem zylinderförmigen Lagerbereich 83. Das untere Ende des Schneidstichels 8 läuft in der Frontschneide aus. In der Schneidendraufsicht nach Figur 4C erkennt man die über den Kreisdurchmesser verlaufende Frontschneide sowie die seitlichen Abschrägungen. In der Seitenansicht nach Figur 4A erkennt man die trapezförmige Außenkontur bestehend aus der waagerecht verlaufenden Frontschneide am unteren Rand sowie den seitlichen Nebenschneiden.

[0017] Als Arbeitstisch 11 wird vorzugsweise ein oberflächengefräßter Vakuumtisch verwandt. Figur 5 zeigt einen Schnitt durch die Tischplatte. Oberflächengefräßt bedeutet, daß die Oberfläche des Tischunterbaues 111 durch eine Bearbeitung mittels Fräse absolut plan ist. In der Tischplatte verlaufen Vakuumkanäle 112. Auf dem Unterbau 111 liegt eine luftdurchlässige Schneidunterlage (Abdeckung) 113, beispielsweise aus Hartpapier, auf der als Beispiel zwei Furnierblätter 91, 92 unterschiedlicher Stärke aufliegen.

[0018] Ein ganz wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß sich die Schneidtiefe des Schneidstichels 8 mittels eines Abgleiches in Bezug auf die Oberfläche der Abdeckung (Schneidunterlage) 113 genau einstellen läßt. Dies bedeutet auch, daß der Schnitt des Schneidstichels 8 lediglich bis zur aufliegenden Seite des Furnierblattes 9 geführt wird und diese Auflageseite gerade noch erreicht ("Schneiden gegen Null"). Die aufliegende Furnierseite ist aber später die Oberseite oder die Sichtseite der Intarsie.

[0019] Die durch die Stichelgeometrie erzeugte Schnittkante gräbt (sticht) - im Querschnitt gesehen - eine V-förmige Kerbe in das Material ein, wobei die Öffnung der Kerbe die spätere Klebeseite der Intarsie darstellt, also nicht sichtbar ist. Die Spitze der Kerbe mit vernachlässigbar kleiner Breite, stellt die spätere Sichtseite der Intarsie dar, wodurch sich ergibt, daß die Teile der Intarsie eine minimale, praktisch keine "Schnittluft" zueinander haben, also praktisch spaltfrei aneinander gelegt werden können.

[0020] Die Schwenkeinrichtung 5 und damit auch der Schneidstichel 8 sind um die Schneidstichelachse in einem Bereich von 360^o schwenkbar. Daher kann der Schneidstichel 8 sämtliche Richtungswechsel, auch abrupte Richtungswechsel des Schnittverlaufes im Sinne von scharfen Kanten realisieren. Dem hierbei auftretenden Problem der Messerverbiegung und daraus resultierender Abweichung der Konturen- und/oder der Schnittkantengeometrie wird von der Erfindung durch ein spezielles Steuerprogramm überwunden, in dessen Verlauf der Schneidstichel 8 an derartigen Stellen kurz aus der Schneidposition über die Werkstückoberfläche außer Eingriff fährt, um dann, in die neue Richtung gedreht, den Schnitt ohne zurückbleibende Stege oder später sichtbare Einschnitte im Material zu hinterlassen, fortzusetzen.

[0021] Die völlige Wahlfreiheit des Motivs aufgrund der durch die Erfindung möglichen Geometrietreue eröffnet der künstlerischen, grafischen Seite alle Gestaltungsmöglichkeiten durch Einbindung von Steuerungen durch CD-ROM, Kameras, Scannern usw. und macht die Vorrichtung im hohem Maße anpaßbar an alle technischen Neuerungen auf diesem Gebiet.

[0022] Es versteht sich, daß mit dem Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung nicht nur Holzfurniere schneiden lassen, sondern grundsätzlich jedes dünne schneidbare Flachmaterial, wie Pappe, Leder, dünnes Blech, usw..

Bezugszeichenliste

[0023] 

1

Vorrichtung

11

Arbeitstisch

111

Tischunterbau

112

Vakuumkanäle

113

Schneidunterlage (Abdeckung)

12

Portalwagen

2

Schneidkopfeinheit

3

Schwingantrieb

31

Exzenterscheibe

32

Riemenscheibe

33

Abtriebswelle

34

Antriebsmotor

35

Riemenverbindung

36

Pleuel

4

Hubstange

41

Spannzange

42

Führungslager

5

Schwenkeinrichtung

51

hohle Welle

52

Riemenscheibe

521

Lager

53

Lagergehäuse

531

Lager

54

Schwenkmotor

55

Zahnriemenverbindung

561

Linearlager

562

Linearlager

571

Kurvenscheibe

572

Referenzschalter

6

Andruckeinrichtung

61

Druckübertragungsscheibe

62

Spannfedern

63

Führungssäulen

64

Andruckscheibe

65

Kapselung

7

Führungseinrichtung

711

Lager

712

Lager

721

Andruckrollen

722

Andruckrollen

8

Schneidstichel

81

Schneidbereich

82

Führungsbereich

83

Lagerbereich

9

Furnier

91

dünnes Furnier

92

dickes Furnier

Ansprüche

1. Verfahren zur maschinellen Herstellung von Ausschnitten aus einem Flachmaterial, insbesondere der Teile von Intarsien, wobei die Ausschnitte durch ein Schneidwerkzeug aus dem auf einer Schneidunterlage festgelegten Flachmaterial geschnitten werden, indem das Schneidwerkzeug beim Schneidvorgang in den drei Raumkoordinaten gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem auf- und abschwingenden und um seine Längsachse schwenkbaren Schneidwerkzeug in das Flachmaterial eine V-förmige Kerbe genau bis zur Oberfläche der Schneidunterlage gestochen wird.

2. Vorrichtung zur maschinellen Herstellung von Ausschnitten aus einem Flachmaterial, insbesondere der Teile von Intarsien, mit einem Schneidwerkzeug an einer Lager- und Führungseinrichtungen aufweisenden Schneidkopfeinheit, mit einer Schneidunterlage auf der das Flachmaterial festgelegt ist und mit einer mit den Verstellantrieben der Schneidkopfeinheit verbundenen Steuereinrichtung zur Steuerung des Schneidwerkzeuges in den drei Raumkoordinaten zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug als Schneidstichel (8) ausgebildet ist, welcher mit einem Schwingantrieb (3) und mit einer um die Längsachse des Schneidstichels (8) drehbaren Schwenkeinrichtung (5) und mit einer Andruckeinrichtung (6) über eine Lager- und Führungseinrichtung (41, 7) verbunden ist und der Schneidstichel (8) eine V-förmige Schneide aufweist, deren Schneidkante in das Flachmaterial (9) genau bis zur Oberfläche der Schneidunterlage (113) einsticht und der Schneidstichel (8) an einer linear verschiebbaren Hubstange (4) gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen mechanischen Schwingantrieb (3) mit einem Hubantriebsmotor (34), einer Exzenterscheibe (31) und einem Pleuel (36), der mit seinem einen Ende an der Exzenterscheibe (31) und mit seinem anderen Ende schwenkbar an einer linear verschiebbaren Hubstange (4) gelagert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkeinrichtung (5) aus einer durch einen Schrittmotor (54) angetriebenen Riemenscheibe (52) und einem mit der Riemenscheibe (52) starr verbundenen und schwenkbar gelagerten Lagergehäuse (53) besteht, und die Andruckeinrichtung (6) aus im Lagergehäuse (53) axial geführten Führungssäulen (63), die an ihrem oberen Ende mit einer Druckübertragungsscheibe (61) und an ihrem unteren Ende mit einer Andruckscheibe (64) starr verbunden sind, an der Unterseite der Andruckscheibe (64) angeordnete Andruckrollen (721, 722), die auf dem Furnierblatt (9) abrollen und Federn (62) zwischen der Schwenkeinrichtung (5) und der Andruckeinrichtung (6) besteht, so daß die Andruckeinrichtung (6) durch die Federn (62) unter Abstützung an der Schwenkeinrichtung (5) die Andruckrollen (721, 722) gegen das Furnierblatt (9) andrückt und dieses niederhält.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidstichel (8) in Längsrichtung gesehen drei Bereiche hat, nämlich einen Schneidbereich (81) mit den Schneiden, einen Führungsbereich (82) mit zwei einander gegenüberliegenden, angeschliffenen Führungsflächen (821) und einen zylinderförmigen Lagerbereich (83).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinrichtung (41) für den Schneidstichel (8) aus einer Spannzange am unteren Ende der Hubstange (4) besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (7) für den Schneidstichel (8) aus den beiden Laufrollen (721, 722) besteht, die im Gleitkontakt an den beiden Führungsflächen (821) des Schneidstichels (8) anliegen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidunterlage (113) luftdurchlässig ausgebildet ist und auf einem Tischunterbau (111) mit Vakuumkanälen (112) eines Arbeitstisches (11) gelagert ist.

Zeichnung