CUTTER FOR DIVIDING SEVERABLE MATERIAL

Abstract: 1. Cutter comprising a cutting tool (1) and a drive means (2, 3, 4) moving said cutting tool, a driven piston (2a) of a working cylinder (2) forming at least part of the cutting tool mount, and a control and regulating device (3, 4, 12-24) for adapting the amplitude and/or frequency of the cutting tool to preset quantities, such as the nature of the material to be cut or the cutting tool feed, characterized in that the piston (2a) of the working cylinder (2) is hydraulically controlled by the control device by means of a pulse generator (3) driven by a control motor (4), the control and regulating device having a regulating circuit (14-19) which, by means of displacement and/or speed transducers (12), establish the instantaneous value of the amplitude and/or frequency of the cutting tool (1) and regulates same to a presettable desired value.

Description: Trennvorrichtung zum Teilen trennfähiger Materialien Die Erfindung geht aus von einer Trennvorrichtung zum Teilen trennfähiger Materialien unterschiedlicher Eigenschaften nach der Gattung des Hauptanspruchs. 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 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. 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 Messetbewegung sowie des Messervorschubs andererseits von dem zu schneidenden Material und der Schneidhöhe abhängig ist, bestehen bei den herrschenden Schneidmascinen, insbesondere bei den Stossmessern, nur geringe Möglichkeiten der Schnittgeschwindigkeitsoptimierung. 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. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst. 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. 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 Kiihlmenge zugeführt wird. Weiterhin ergibt sich die Möglichkeit, die bei dem Trennvorgang möglicherweise auftretenden Späne, durch Luft, die gleichzeitig als Kühlmedium verwendet werden kann, abzuführen. Ausfilhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch die erfindungs gemässe 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. 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. 5 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 Hydraulik leitungen 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. 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. 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 Hydraulik flüssigkeit eingeleitet und über die REcklauf- leitung 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 I,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 FUhrung 6 vorgesehen, die gleichzeitig als FUhrungs- leisten dienen. Zur weiteren Unterstützung des Werkzeuges 1 sind über seine Länge an der Führung 6 Führungssegmente 11 angeordnet. 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. 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. 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 ver ändert 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. Die angegebene Schaltung entsprechend Fig. 4 ist als Beispiel zu 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. Die vorliegende Erfindung ist anhand einer Trennvorrichtung mit translatorischer Bewegung des Werkzeuges beschrieben worden. Eine ÜlEr- tragung der vorliegenden Erfindung auf eine Vorrichtung mit rotierenden Bewegungen des Werkzeuges ist möglich.

Claims: Patentansprüche 1. Trennvorrichtung zum Teilen trennfähiger Materialien unterschiedlicher Eigenschaften mit einem Trennwerkzeug und einer das Trennwerkzeug bewegenden Antriebseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass ein hydraulisch oder pneumatisch ange triebener Kolben (2a) eines Arbeitszylinders (2) wenigstens einen Teil der Fassung des Trennwerkzeuges (1) bildet, und dass eine Steuer- und Regeleinrichtung (3,4) zur An passung 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 gekenn zeichnet, dass der Arbeitszylinder (2) wenigstens teilweise als Griff zur Handhabung der Vor richtung dient. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regel einrichtung einen hydraulischen Dmpuls- generator (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 Trenn werkzeuges (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 Arbeits zylinder (2) mit Kolben (2a) und Trenn werkzeug (1) über Schraub- oder Steck verbindungen mit der Steuer- und Regelein richtung 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 Geschwindigkeits geber 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 nachge schalteten Spannungs/Frequenzwandler (21) umfasst, dessen Ausgangssignal als Steuer grösse 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. 10.Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, dass zwischen der Führung (6) und dem Trennwerkzeug (1) ein Hohlraum (7) vor handen ist, über den dem Trennwerkzeug (1) ein Kühlmedium direkt zuführbar ist. 11.Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, 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. 13.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium über eine Vorlauf leitung (8) am unteren Ende der Führung 6) eingeleitet wird und am oberen Ende über eine Rücklaufleitung (9) zurückge- führt wird. 14.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 Unter stützung der Führung des Trennwerkzeuges (1) Führungssegmente (11) vorgesehen sind. 16.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsge schwindigkeit des Kühlmediums abhängig von der Frequenz und Amplitude des Trennwerk zeuges (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.

Inventors: CASTAGNA, WOLFGANG, DIPL.-ING., KRANKENHAGEN, JOCHEN, DR.-ING., ORTWEIN, HEINZ, DIPL.-ING., WEERTZ, KLAUS, DR.-ING.
Applicants: AWFI ARBEITSWISSENSCHAFTLICHES FORSCHUNGSINSTITUT GMBH, ORTWEIN, HEINZ
Application year: 1982
Main classification: B26D5
IPC codes: B26D7, B26D5