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Die Erfindung betrifft ein Werkzeugmaschinensystem, insbesondere Stichsägensystem, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie eine zugehörige, insbesondere als Stichsäge ausgebildete Werkzeugmaschine.
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Stand der Technik
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Werkzeugmaschinen sind in vielfältigsten Ausgestaltungen bekannt und mit unterschiedlichsten angetriebenen Arbeitswerkzeugen im Einsatz. Diese Arbeitswerkzeuge weisen teilweise einen flachen, sich in ihrer Arbeitsebene erstreckenden Querschnitt auf und sind, wie insbesondere von Stichsägen für deren Sägeblätter bekannt, um eine Drehachse verdrehbar sowie auf durch diese Drehachse verlaufende, zueinander winklige Arbeitsrichtungen einzustellen. Solche Arbeitswerkzeuge, so auch Sägeblätter, arbeiten im Gegensatz zu rotierenden Arbeitswerkzeugen, wie etwa Fräsern, richtungsgebunden, können aber in ihrer Arbeitsrichtung durch Verdrehung auch Arbeitslinien folgen oder auf Arbeitslinien ausgerichtet werden, die einen ungeraden Verlauf oder einen zum Arbeitswerkzeug versetzten Lauf aufweisen, sofern mit einer solchen Führung entlang einer solchen Arbeitslinie oder Ausrichtung auf eine solche Arbeitslinie keine Radien durchfahren werden müssen, die im Vergleich zur flächigen Erstreckung des Arbeitswerkzeuges in Arbeitsrichtung klein sind.
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Schon bei Arbeiten entlang einer gerade verlaufenden Arbeitslinie können einerseits werkstückbedingt, unter anderem in Abhängigkeit von der Werkstoffstruktur, der Werkstoffhärte, der Werkstückdicke und dergleichen, andererseits aber auch werkzeugbedingt, etwa in Abhängigkeit vom Verschleiß oder der Gestaltung des Arbeitsbereiches des Arbeitswerkzeuges, zwischen Werkstück und Arbeitswerkzeug Kräfte wirksam werden, die eine Verdrehung und/oder Tordierung des Arbeitswerkzeuges zur Folge haben. Insbesondere ergeben sich entsprechende Effekte unter anderem aufgrund der vorgenannten Einflüsse bei Arbeitswerkzeugen, die zur Ausrichtung und/oder Verfolgung von Arbeitslinien in der Werkzeugmaschine drehbar abgestützt sind. So beispielsweise bei Stichsägen, deren Stichsägeblätter um eine zu ihrer Hubachse parallele Drehachse, die insbesondere mit der Hubachse zusammenfällt, drehbar sind und die zur Verfolgung von Arbeitslinien im halbautonomen Betrieb mit optischen Erfassungseinrichtungen für eine jeweils werkstückseitig vorgegebene Arbeitslinien arbeiten und bei denen das Arbeitswerkzeug in Verfolgung dieser Arbeitslinie rechnergestützt über entsprechende Stelleinrichtungen in seiner Drehstellung auf die Arbeitslinie ausgerichtet wird.
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Jedwede Verdrehung des Arbeitswerkzeuges, die zu einer Abweichung im Arbeitswinkel des Sägeblattes zur jeweiligen Sollvorgabe führt, ist geeignet, das gewünschte Arbeitsergebnis zu beeinträchtigen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeugmaschinensystem, und in entsprechender Weise zugehörige, insbesondere handgehaltene Werkzeugmaschinen so auszugestalten und aufzubauen, dass derartige Beeinträchtigungen des Arbeitsergebnisses zumindest weitgehend vermeidbar sind oder vermieden werden.
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Erreicht wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1 bezogen auf ein Werkzeugmaschinensystem und, bezüglich des Anspruches 4, bezogen auf den Aufbau systemgerechter Werkzeugmaschinen.
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Sowohl bei drehbar wie auch bei nicht-drehbar maschinenseitig geführten, eine in Arbeitsrichtung ausgerichtete Werkzeugebene aufweisenden Arbeitswerkzeugen kann aufgrund spielbehafteter Führung des Arbeitswerkzeuges wie auch aufgrund von Elastizitäten des Arbeitswerkzeuges oder in dessen Führung die jeweils vorgegebene Soll-Winkellage für das Arbeitswerkzeug von der tatsächlich gegebenen Winkellage als Ist-Winkellage abweichen. Wird die Ist-Winkellage erfasst, so werden solche Winkelabweichungen, gegebenenfalls unter Verwendung entsprechender Hilfseinrichtungen, erkennbar und es kann im Bedarfsfall sowohl benutzerseitig sowie bei geeigneter Maschinenausrüstung auch maschinenseitig entsprechend „nachgestellt” werden, die Abweichung von der vorgegebenen Soll-Winkellage durch Veränderung der Ist-Winkellage also abgeglichen werden. Insbesondere bei handgehaltenen Werkzeugmaschinen wie Stichsägen, die eine Verdrehbarkeit des Arbeitswerkzeuges in Ausrichtung auf oder in Verfolgung einer jeweiligen Arbeitslinie vorsehen und damit arbeitsbedingt öfters Bedingungen ausgesetzt sind, die das Arbeitswerkzeug mit Momenten um seine Drehachse beaufschlagen, kommt der Erfassung des jeweiligen Ist-Winkels besondere Bedeutung zu, da der Ist-Winkel im Sinne einer Korrektur durch entsprechende Verstellung des Arbeitswerkzeuges beeinflusst werden kann.
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Zudem sind derartig ausgerüstete Werkzeugmaschinen, also Werkzeugmaschinen wie Stichsägen mit Verdrehbarkeit eines durch seine Form richtungsgebunden arbeitenden Werkzeuges in Ausrichtung auf eine jeweilige Arbeitslinie häufig auch mit optischen Erfassungseinrichtungen und nachgeordneten rechnergestützt arbeitenden Stelleinrichtungen versehen, so dass sie in einem halbautonomen Betrieb arbeiten können, wobei die hierfür vorgesehenen Erfassungseinrichtungen auch für die Erfassung der jeweiligen Ist-Winkellage genutzt werden können. Damit ist bei geringem Zusatzaufwand ein korrigierender Stelleingriff möglich und insbesondere auch ein Arbeitsbetrieb, bei dem erkannte Abweichungen des Ist-Winkels von der vorgegebenen Soll-Winkellage über eine Regelstrecke abgeglichen werden können. Dies gegebenenfalls auch dann, wenn die jeweilige Arbeitslinie nur als virtuell vorgegebene, und damit rechnergestützt nachzufahrende oder durch anderweitige, werkstückseitige Orientierungspunkte vorgegebene Arbeitslinie vorliegt, womit auch in solchen Fällen, in denen benutzerseitig kaum Korrektureingriffe möglich sind, eine exakte Verfolgung der jeweils vorgegebenen Arbeitslinie zu erreichen ist.
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Auch bei einfach ausgestalteten Werkzeugmaschinen, insbesondere Stichsägen, die bezogen auf die Lage der Arbeitsebene ihres Arbeitswerkzeuges, insbesondere Sägeblattes zur Maschine nicht verstellbar sind oder die zwar um eine in ihrer Arbeitsebene liegende Drehachse zur Maschine verstellbar sind, bei denen die Verstellung um die Drehachse aber benutzerseitig vorgenommen wird oder maschinell lediglich in Ausrichtung auf eine zu verfolgende Arbeitslinie erfolgt, ist durch die Erfindung eine Verbesserung der Arbeitsqualität zu erreichen, da ausgehend vom Ist-Winkel als Orientierungsgröße bereits eine Vorgabe für die Führung der Werkzeugmaschine, insbesondere Stichsäge gegeben ist, die Abweichungen vom vorgegebenen Soll-Winkel Rechnung trägt. Diese Orientierung am Ist-Winkel ist insbesondere mechanisch, gegebenenfalls auch optisch sehr einfach darzustellen, mechanisch beispielsweise dadurch, dass drehfest zur Drehachse des Arbeitswerkzeuges, und damit drehfest zum Arbeitswerkzeug bezogen auf die Drehachse, ein Anzeigeelement, beispielsweise ein Pfeil vorgesehen wird, der für die Verfolgung der jeweiligen Arbeitslinie korrigierend in Überdeckung zur Arbeitslinie zu bringen ist. Eine entsprechende Hinweisfunktion lässt sich auch optisch sehr einfach darstellen, beispielsweise durch eine mit dem Arbeitswerkzeug um dessen Drehachse drehende und in Richtung auf die Arbeitslinie ausgerichtete Lichtquelle mit entsprechend gebündeltem Lichtstrahl.
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Konstruktiv ist eine solche Lösung auch bei hubbeweglich angetriebenen Arbeitswerkzeugen, wie Sägeblättern mit geringem Aufwand zu realisieren, wenn das jeweilige Anzeigeelement, so auch der Zeiger oder die Lichtquelle mit einem Drehlager verbunden ist, das eine das Arbeitswerkzeug führende und mit dem Arbeitswerkzeug verdrehbare Abstützung zur Maschine bildet, so beispielsweise bei Stichsägen einem für deren Hubstangenführung vorgesehenen, in Hubrichtung zur Maschine feststehenden, insbesondere unteren Hubstangenlager.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 als Beispiel für eine Werkzeugmaschine eine schematisierte Darstellung einer handgehaltenen Stichsäge,
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2 in einem Ausschnitt, wiederum schematisiert, eine Darstellung eines Teiles des Antriebes für das durch ein Sägeblatt gebildete Arbeitswerkzeug,
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3 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches III in 2,
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4 eine Draufsicht auf die Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstückes mit einer vom Arbeitswerkzeug zu verfolgenden Arbeitslinie, und
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5 in einem Blockschaubild die Veranschaulichung der Regelung die Anzeige und/oder Erfassung des Ist-Winkels des als Arbeitswerkzeug vorgesehenen Sägeblattes der Stichsäge.
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1 veranschaulicht eine handgehaltene Stichsäge 2 als Beispiel für eine Werkzeugmaschine 1, die mit einem durch seine Formgebung auf eine Arbeitsebene festgelegten Arbeitswerkzeug 7 bestückt ist, das für die Stichsäge 2 durch ein Sägeblatt 8 gebildet ist. Die Stichsäge 2 weist ein Gehäuse 3 auf, das über eine Fußplatte 4 auf der Oberfläche 27 des Werkstücks 5 verschieblich abgestützt ist. Das Sägeblatt 8 als Arbeitswerkzeug 7 ist in einer Werkzeugaufnahme 9 gehalten und hubbeweglich in Richtung des Pfeiles 10 angetrieben. Die Hubachse fällt in der Darstellung mit einer Drehachse 12 zusammen, um die, bezogen auf das dargestellte Ausführungsbeispiel, das Sägeblatt 8 entsprechend dem Pfeil 11 verdrehbar ist. Über die Drehlage des Sägeblattes 8 ist die jeweilige Sägerichtung als Arbeitsrichtung vorgegeben. Die durch den Pfeil 6 angedeutete Arbeitsrichtung entspricht der Geradeausarbeitsrichtung der Stichsäge 2, die sich bei unverdrehtem Sägeblatt 8 mit der Arbeitsebene des Sägeblattes 8 deckt.
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Dementsprechend ist in 1 zunächst eine Regelarbeitsstellung der Stichsäge 2 gezeigt, die der Geradeausarbeitsrichtung gemäß Pfeil 6 entspricht; durch die Verdrehbarkeit des Sägeblattes 8 ist eine weitere Betriebsmöglichkeit für die Stichsäge 2 angedeutet, nämlich deren Betrieb als sogenannte „Scrolling Jigsaw”. In diesem Betrieb arbeitet die Stichsäge 2 in einer durch die Drehlage des Sägeblattes 8 bestimmten Arbeitsrichtung, das heißt unter einem der Drehlage des Sägeblattes 8 entsprechenden Winkel gegenüber der Regelarbeitsstellung halbautonom. In dieser Betriebsweise wird das Sägeblatt 8 maschinell auf eine jeweils vorgegebene, gerade oder krumme Arbeitslinie 17 (4) ausgerichtet und folgt dieser, wobei der Benutzer im Wesentlichen nur die Abstützung der aus dem Arbeitsbetrieb resultierenden Reaktionskräfte sowie den Vorschub der Stichsäge 2 übernimmt.
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In 1 ist weiter noch die Nutzung der Stichsäge 2 in einem sogenannten Pendelhubmodus veranschaulicht. Das Sägeblatt 8 wird dabei über einen Pendelantrieb 13 in Richtung seiner Sägeblattebene als Arbeitsebene überlagert zum Hubantrieb pendelnd verstellt.
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Die geschilderten Betriebsarten sind benutzerseitig über eine Schalteinrichtung 15 einstellbar. Das Ein- und Ausschalten der Stichsäge 2 erfolgt über eine im Griffbereich des Gehäuses 3 vorgesehene Schaltanordnung 14.
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Die halbautonome Arbeitsweise mit maschinenseitiger Verfolgung einer bezogen auf das Werkstück 5 vorgegebenen Arbeitslinie 17 bedingt Mittel zur Erfassung dieser Arbeitslinie 17, die in 1 durch eine optische Erfassungseinheit 30 veranschaulicht sind, welche im Frontbereich 16 des Gehäuses 3 nach vorne versetzt zum Sägeblatt 3 vorgesehen und auf das Sägeblatt 8 und den werkstückseitigen Arbeitsbereich des Sägeblattes 8 ausgerichtet veranschaulicht ist. Die optische Erfassungseinheit 30 ist veranschaulicht durch Sensoriken 18 und 24, von denen eine in Richtung auf die Drehachse 12 des Sägeblattes 8 insbesondere in dessen über das Maschinengehäuse 3 frei hinausstehenden Bereich, ausgerichtet ist, während die andere insbesondere und bevorzugt der Erfassung der zu verfolgenden Arbeitslinie 17 dient. Diese Sensoriken 18, 24 können im Rahmen der Erfindung auch zusammengefasst sein. Nachgeordnet sind zur Verarbeitung der über die Sensoriken 18, 24 erfassten Bilder und gegebenenfalls auch anderer Signale eine Recheneinheit 21, eine Steuereinheit 22 und zumindest eine Stelleinrichtung 23 vorgesehen, wobei über Letztere insbesondere das Arbeitswerkzeug 7 in Form des Sägeblattes 8 auf eine jeweilige Drehstellung eingestellt und/oder in einer jeweiligen Drehstellung gehalten ist.
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Veranschaulicht ist in 1 weiter auch die Anordnung eines Displays 20 im Frontbereich 16, auf dem insbesondere benutzerrelevante Informationen dargestellt werden können, sei es über die Ausrichtung des Sägeblattes 8 zur Arbeitslinie 7 oder andere, insbesondere die Drehstellung des Sägeblattes 8 betreffende Gegebenheiten, zu denen auch die Erfassung des der tatsächlichen Drehstellung des Sägeblattes 8 entsprechenden Ist-Winkels gehört, der von einem jeweils der Arbeitsvorgabe entsprechenden, insbesondere der Ausrichtung an der Arbeitslinie 17 entsprechenden vorgegebenen Soll-Winkel abweichen kann.
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Solche Winkelabweichungen können betriebsbedingt durch maschinenseitige, werkzeugseitige und/oder werkstückseitige Gegebenheiten bedingt sein, so beispielsweise durch die Werkstoffstruktur des Werkstücks, zum Beispiel verastet oder astfrei, die Werkstoffart, die Werkstoffhärte, die Größe des Drehwinkels, die Werkzeugausbildung, den Werkzeugverschleiß oder dergleichen. Schon diese Aufzählung lässt erkennen, dass solche Ist-Soll-Winkelabweichungen nicht nur bei Stichsägen 2 mit um eine ihrer Hubachse entsprechende Drehachse 12 zur Verfolgung gekrümmter Arbeitslinien verstellbaren, und damit über größere Winkelbereiche verstellbaren Sägeblatt 8 auftreten können, sondern auch bei Stichsägen 2 oder entsprechenden Werkzeugmaschinen 1, die prinzipiell nur für das Arbeiten in einer einzigen, vorgegebenen Arbeitsrichtung ausgerichtet sind, so beispielsweise für den Regelarbeitsbetrieb und/oder den Pendelarbeitsbetrieb.
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Die vorstehend angesprochenen Abweichungen zwischen Ist- und Soll-Winkeln, die insbesondere spiel- oder verformungsabhängig auftreten, sind im Vergleich zu zur Verfolgung von gekrümmten Arbeitslinien notwendigen Drehwinkeln klein oder sehr klein. Insbesondere bedingt die Erfassung dieser Winkeldifferenzen, ergänzend zu dem der Verfolgung der Wegvorgabe entsprechenden Soll-Winkel die Erfassung abweichender Ist-Winkel, die erfindungsgemäß bevorzugt direkt durch Messung der Drehstellung des Sägeblattes 8 erfolgt, so dass die Drehstellung des Sägeblattes 8 entsprechend der Abweichung des Ist-Winkels vom geforderten, vorgegebenen Soll-Winkel durch entsprechende Verdrehung des Sägeblattes 8 oder der Hubstangenführung des Sägeblattes 8 erfolgen kann.
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Da der Ist-Winkel in der Abweichung zum vorgegebenen Soll-Winkel auf einem in der Größe entsprechenden, auf das Sägeblatt 8 wirkenden Drehmoment basiert, lässt sich im Rahmen der Erfindung ausgehend von empirisch gewonnenen Erkenntnissen über die drehmomentabhängigen Abweichungen des Ist-Winkels vom vorgegebenen Soll-Winkel diesen Abweichungen zumindest in einer gewissen Annäherung auch durch die Berücksichtigung eines drehmomentenabhängigen Korrekturfaktors Rechnung tragen, somit beispielsweise kennfeldgesteuert jeweils der Ist-Winkel unter Berücksichtigung der Abweichung zum vorgegebenen Soll-Winkel korrigieren.
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In den 2 und 3 ist perspektivisch und vereinfacht der Hubantrieb 19 für das Sägeblatt 8 als Arbeitswerkzeug 7 einer als Stichsäge 2 ausgebildeten Werkzeugmaschine 1 dargestellt. Veranschaulicht ist weiter die Hubstangenführung 25 für das Sägeblatt 8, das über die Werkzeugaufnahme 9 mit der Hubstange 28 verbunden ist, die ihrerseits eine obere Hubstangenabstützung 31 und eine untere Hubstangenabstützung 32 aufweist. Bezogen auf das Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 3 mit nicht nur hubbeweglich, zum Beispiel über einen Kreuzschubkurbeltrieb 33 als Hubantrieb 19 angetriebene Hubstange 28, sondern auch in Richtung der Sägeblattebene über den Pendelantrieb 13 verschwenkbarem Sägeblatt 8 sind die Hubstangenabstützungen 31 und 32 bevorzugt durch Lagerungen gebildet, die, wie vergrößert ergänzend dargestellt, jeweils einen zwischen Hubstange 28 und gehäuseseitiger Abstützung liegenden Lagerrang 35, 36 aufweisen. Der Lagerring 35 der oberen Hubstangenabstützung 31 ist mit einer dem Hubstangenquerschnitt entsprechenden Innenkontur versehen und radial außen, nach Art von Pendellagern, als balliger Ringkörper gestaltet in einer entsprechenden gehäuseseitigen Aufnahme gehalten. Für die untere Hubstangenabstützung 32 ist der Lagerring 36 beispielsweise mit einem an die Hubstangenkontur angepassten, in Pendelrichtung langlochförmigen Innenquerschnitt versehen und um die Hubstangenachse konzentrisch drehbar maschinenseitig geführt.
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Auf diese oder vergleichbare Weise ist eine Hubstangenführung 25 geschaffen, die grundsätzlich bei Stichsägen 2 einzusetzen ist, die in jeder der genannten Betriebsarten zu betreiben sind. Die zur Anpassung des Ist-Winkels an den vorgegebenen Soll-Winkel notwendige Verdrehung der Hubstange 28 um die Achse 12, und in entsprechender Weise auch die Drehverstellung für eine als „Scrolling Jigsaw” zu betreibende Stichsäge 2 kann über eine Stelleinrichtung 23 erfolgen, die zum Beispiel an einem der Lagerringe 35, 36 der oberen oder unteren Hubstangenführung 31, 32 oder auch direkt an der Hubstange 28 angreift. Grundsätzlich ist auch ein unmittelbarer Zugriff für die Drehverstellung auf die Hubstange selbst möglich.
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Der jeweilige Ist-Winkel kann ebenfalls durch Abgriff unmittelbar an der Hubstange, einem der Lagerringe oder auch, wie in 3 über den Pfeil 34 symbolisch gezeigt, an der Werkzeugaufnahme 9 erfasst werden. In der Praxis kann der Pfeil 34 beispielsweise durch einen Zeiger als Mittel zur Anzeige gebildet sein, der, bezogen auf 1, beispielsweise in den Beobachtungsbereich der optischen Erfassungseinheit 30 hineinragt und so unmittelbar den jeweiligen Ist-Winkel nicht nur anzeigt, sondern diesen auch über die Erfassungseinheit 30 für die weitere Verarbeitung in einen entsprechenden Stellbefehl für die Stelleinrichtung 23 zur Verfügung stellt, so dass die Ist-Drehstellung des Sägeblattes 8 der Abweichung zur vorgegebenen Soll-Stellung entsprechend korrigiert werden kann. Auch kann eine Anzeige des Ist-Winkels, beispielsweise in Gegenüberstellung zum vorgegebenen Soll-Winkel, im Display 20 erfolgen, so dass benutzerseitig Abweichungen im Führungsverhalten für die Stichsäge 2 berücksichtigt werden können. Weiter kann aufgrund gegebenenfalls kritischer Abweichungen zwischen Ist-Winkel und vorgegebenem Soll-Winkel auch in die Maschinensteuerung eingegriffen werden, so beispielsweise die Hubzahl verändert werden.
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Im Blockschaltbild gemäß 5 ist der Aufbau eines Regelkreises 37 veranschaulicht, der den Ist-Winkel des Sägeblattes 8 auf den vorgegebenen Soll-Winkel regelt, wobei der Ist-Winkel die alleinige Regelgröße bildet. Der Block 38 veranschaulicht im Blockschaltbild das auf die vorgegebene Soll-Winkellage einzustellende Sägeblatt 8, der Block 39 die drehbare Hubstange 28, deren Winkel als Ist-Winkel zu erfassen ist, wobei in analoger Weise dieser Winkel auch unmittelbar am Sägeblatt, soweit möglich, erfasst werden kann. Der Block 40 symbolisiert die Stelleinrichtung – entsprechend der Stelleinrichtung 23 in 1 –, über die die Hubstange 28 in ihrer Drehstellung auf den vorgegebenen Soll Winkel eingestellt wird. Der Block 41 symbolisiert den Regler, zum Beispiel als Teil der Recheneinheit 21 in 1. Im Block 42 erfolgt die Erfassung des hubstangenseitig (Block 39) gegebenen Ist-Winkels und im Block 43 die Erfassung des vorgegebenen Soll-Winkels, der über die Stelleinrichtung 23 für die Hubstange 28 eingestellt wird. Im Ergebnis wird über die Regelung ein dem vorgegebenen Soll-Winkel jeweils entsprechender Ist-Winkel erreicht, wobei dies unabhängig von der vom jeweiligen System abhängigen Festlegung des vorgegebenen Soll-Winkels geschieht, da der Ist-Winkel für die Regelung die alleinige Eingangsgröße bildet.
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Insgesamt wird erfindungsgemäß somit mit einfachen Mitteln eine optimierte Ausrichtung des Sägeblattes 8 auf den jeweils vorgegebenen Soll-Winkel erreicht, und es werden damit die Voraussetzungen für das Erreichen eines optimierten Arbeitsergebnisses geschaffen.
