DE102015007998A1

DE102015007998A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Durchdringen eines flächenhaften, vorzugsweise biegeschlaffen Körpers

Info

Publication number: DE102015007998A1
Application number: DE102015007998.0A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Bruder; Manuel Bruder
Original assignee: Capex Lnvest GmbH
Current assignee: Capex Lnvest GmbH
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2015-06-24
Publication date: 2016-12-29

Abstract

Beschrieben und dargestellt ist eine Vorrichtung zum Durchdringen, insbesondere Schneiden oder Durchstechen, eines flächenhaften, biegeschlaffen Körpers, oder Körperabschnitts, wie einer Tierhaut oder eines Textils, umfassend eine, vorzugsweise oberhalb einer Auflagefläche für den Körper höhenverstellbar angeordnete Durchdringungseinheit, welche von einem Antrieb zur Erzeugung einer Hubbewegung oszillierend angetrieben wird. Die Besonderheit besteht darin, dass der Antrieb als elektrodynamischer Linearantrieb ausgebildet ist, vorzugsweise derart, dass der Hubweg und/oder die Hubfrequenz durch das elektrische Steuersignal des Antriebs regulierbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Durchdringen, insbesondere Schneiden oder Durchstechen eines flächenhaften, vorzugsweise biegeschlaffen Körpers, wie einer Tierhaut oder eines Textils, und ein entsprechendes Durchdringungsverfahren.
Durchdringungsvorrichtungen, also Schneidevorrichtungen oder Nähvorrichtungen, weisen grundsätzlich einen Mechanismus auf, welcher eine (beispielsweise als Messer oder Nadel ausgebildete) Durchdringungseinheit den zu bearbeitenden Körper (durch eine Auf- und Niederbewegung) durchdringen lassen kann. Dieser sogenannte Hub wird bei einer typischen Vorrichtung des Standes der Technik üblicherweise über einen rotatorischen Elektromotor erreicht, welchem ein mechanisches Getriebe zur Erzeugung der Hubbewegung der Durchdringungseinheit zugeordnet ist. Hierbei kann der Elektromotor über einen Kurbeltrieb oder über einen Exzenter-Nocken auf einen Schlitten einwirken, an welchem die Durchdringungseinheit (in Form eines Messers) angeordnet ist.
Diese mechanischen Getriebe weisen allerdings den Nachteil einer, mangelnden Flexibilität auf, da der Hub nicht ohne weiteres verstellbar ist, und in vielen der Anwendungsfälle bestehen Platzprobleme, da der Antriebsmotor typischerweise einen 90°-Versatz zum eigentlichen Getriebe aufweist.
Alternativ sind Vorrichtungen bekannt, bei welchen der Hub pneumatisch erzeugt wird, wobei hierbei jedoch insbesondere die erzielte Hub-Frequenz durch die Gas- und Schaltgeschwindigkeiten begrenzt ist. Zudem bedürfen pneumatische Lösungen einer gesonderten Schmierung und unterliegen insbesondere einer sehr großen Geräuschentwicklung.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und/oder ein Verfahren bereitzustellen, welches ein Durchdringen von flächenhaften, vorzugsweise biegeschlaffen, Körpern bei minimierter Geräuschentwicklung und variablen Einsatzmöglichkeiten erlaubt.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ist demnach insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb als elektrodynamischer Linearantrieb, insbesondere als Tauchspulenantrieb, ausgebildet ist, vorzugsweise derart, dass der Hubweg und/oder die Hubfrequenz durch das elektrische Steuersignal des Antriebs regulierbar sind.
Die Erfindung besteht also mit anderen Worten darin, die Relativbewegung zwischen einem (Permanent-)Magneten und einem stromdurchflossenen Leiter (insbesondere einer stromdurchflossenen Spule) zur Verlagerung eines Aktors einzusetzen, welcher (insbesondere getriebelos) mit der zu verlagernden Durchdringungseinheit verbunden ist.
Auf diese Weise wird eine nahezu geräuschlose und hochfrequente Verlagerung der Durchdringungseinheit ermöglicht.
Ferner wird durch die Regulierung des durch die Spule geleiteten Stromes, vorzugsweise eines Wechselstromes, eine größtmögliche Variabilität der Vorrichtung insofern erreicht, als dass durch die Einstellung der Strom- bzw. Spannungsamplitude der Hub(weg) der Durchdringungseinheit auf unkomplizierte Weise, insbesondere stufenlos, einstellbar ist. Zudem kann die Frequenz der angelegten Spannung an die gewünschte Verlagerungsfrequenz der Durchdringungseinheit angepasst werden bzw. die Verlagerungsfrequenz der Durchdringungseinheit über die Frequenz des anliegenden Signals geregelt werden.
Der lineare, insbesondere getriebelose, Antrieb der Durchdringungseinheit sorgt zudem dafür, dass die Durchdringungseinheit und der Antrieb in Linie ausgerichtet werden können, was eine platzsparende Ausbildung der gesamten Vorrichtung (insbesondere des Bearbeitungskopfes) ermöglicht. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist es nicht notwendig, den Antrieb in einem 90°-Winkel zur Hauptverlagerungsrichtung der Durchdringungseinheit anzuordnen.
Als elektrodynamischer Linearantrieb kann gemäß der Erfindung vorzugsweise eine sogenannte Tauchspule bzw. ein Tauchspulenantrieb (auch Schwingspule genannt) eingesetzt werden. Grundsätzlich sind von der Erfindung aber auch andere elektrodynamische Linearantriebe erfasst, welche insbesondere getriebelos auf die Durchdringungseinheit einwirken.
Getriebelos bedeutet im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung, dass der Aktor eines Linearantriebes unmittelbar oder mittelbar auf die Durchdringungseinheit einwirkt, ohne hierbei die von dem Antrieb bereitgestellte Kraft hinsichtlich ihrer Wirkrichtung, ihrer Übersetzung, ihres Drehmomentes oder ähnlichem wesentlich zu ändern. Vorteilhafterweise ist die Durchdringungseinheit hierbei mit dem Aktor steif oder fest verbunden, bzw. jedenfalls in Wirkrichtung oder Axialrichtung fest dem Aktor zugeordnet (wobei beispielsweise eine tangentiale Verdrehbarkeit der Durchdringungseinheit gegenüber dem Aktor selbstverständlich möglich sein kann).
Vorzugsweise wird als Linearantrieb ein Antrieb eingesetzt, welcher dem Prinzip nach keine beliebige Verlängerung zulässt (wie beispielsweise ein Linearmotor), sondern bei welchem der Hub bereits dem Prinzip nach im Wesentlichen begrenzt ist, wie bei einer Tauchspule.
Als Tauchspule wird ein Antrieb verstanden, bei welchem zumindest eine von Strom durchflossene Spule in einem (Permanent-)Magnetfeld anordenbar ist und eine Relativbewegung aufgrund der Lorentzkraft erfolgt.
Vorzugsweise ist der (Permanent-)Magnet hierbei fest (z. B. an dem Bearbeitungskopf) angeordnet und die mindestens eine Spule relativ zu dem Magneten beweglich. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Spule beispielsweise (einstückig) mit dem Aktor verbunden sein.
Grundsätzlich kann aber auch eine Tauchspule vorgesehen sein, bei welcher die Spule festgelegt wird und der Aktor durch eine Bewegung des Magneten verlagert wird oder hierbei sogar einen Teil des Magneten bereitstellt. Entscheidend kommt es lediglich auf die Relativbewegung zwischen Magnet und Spule an, wobei der Aktor an dem jeweils beweglichen Teil befestigt ist.
Der stromdurchflossene Leiter kann hierbei in geometrischer Hinsicht insbesondere außerhalb eines zentralen Magneten angeordnet sein. Alternativ kann selbstverständlich aber auch eine Konfiguration wie bei einer Lautsprecher-Tauchspule vorgesehen werden, bei welcher der stromdurchflossene Leiter innerhalb des Magneten angeordnet ist. Vorzugsweise ist jedoch in beiden Ausführungen der Aktor an der zentralsten Stelle des Antriebs vorgesehen (also radial mittig) oder wenigstens coaxial zur Mittelachse.
Je nach Konfiguration kann der Magnet beispielsweise in Axialrichtung des Aktors magnetisiert sein oder alternativ in Radialrichtung (wie bei einer Lautsprechertauchspule mit zentralem Joch).
Erfindungsgemäß kann der Antrieb für ein oszillierendes Antreiben der Durchdringungseinheit sorgen, mithin also für ein Auf- und Abschwingen, insbesondere in vertikaler Richtung. Hierdurch wird eine Hubbewegung erzeugt, wobei als Hub(weg) der Unterschied zwischen maximal ausgefahrener Durchdringungseinheitposition und maximal eingefahrener Durchdringungseinheitposition verstanden wird. Die Durchdringungseinheit weist vorzugsweise eine Ruhelage auf, welche üblicherweise (jedenfalls in einem den Körper nicht beaufschlagenden Zustand) genau in der Mitte des Hubes angeordnet ist. Typischerweise wird die Durchdringungseinheit, und somit auch der Aktor, von einer Feder in der Ruhelage gehalten, wobei die Feder typischerweise an dem Aktor angreift oder an dem Aktor befestigt ist.
Als Durchdringungseinheit wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Messer, vorzugsweise ein sogenanntes Cutter-Messer, angesehen. Dieses Messer kann den zu bearbeitenden Körper insbesondere vollständig durchdringen oder auch nur teilweise in diesen eindringen und den Körper hierbei schneiden oder durchschneiden. Grundsätzlich sind aber auch andere Arten von Messern einsetzbar, wie beispielsweise Rundmesser oder ähnliches.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Durchdringungseinheit jedoch insbesondere als Nadel ausgeführt sein, welche durch den Körper hindurchgeführt wird, um einen Faden durch den Körper durchzubringen. In diesem Fall ist die Vorrichtung als Nähmaschine ausgebildet. Die Durchdringungseinheit kann hierbei typischerweise mit einem unterhalb des Körpers angeordneten Greifer zusammenarbeiten, welcher nach dem Durchstich der Nadel durch den Körper zumindest einen Teil des zunächst an der Nadel anliegenden Oberfadens übernehmen kann.
In beiden Fällen ist ein oszillierender Effekt notwendig, wofür die Durchdringungseinheit höhenverstellbar ausgebildet sein muss. Zusätzlich zu der oszillierenden Höhenverstellbarkeit kann aber selbstverständlich auch eine weitere, globale Höhenverstellbarkeit vorgesehen werden: So kann die Durchdringungseinheit beispielsweise vor Einsetzen der oszillierenden Bewegung zunächst, insbesondere vertikal, an den Körper herangefahren werden.
Hierfür ist die Durchdringungseinheit typischerweise jedenfalls mittelbar an einem Portal angeordnet, welches eine Verlagerung der Durchdringungseinheit oberhalb der Auflagefläche und des aufgelegten Körpers ermöglicht. An dem Portal können neben der Durchdringungseinheit auch noch Aufnahmeeinrichtungen zur Erstellung von Abbildungen des Körpers oder Projektoren zur Projektion von Fehlerstellen oder ähnlichem angeordnet sein.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Durchdringungseinheit, insbesondere samt Bearbeitungskopf, aber auch an einem Roboterarm oder ähnlichem angeordnet sein, wobei die Durchdringungseinheit (welche typischerweise als Messer, alternativ aber auch als Nadel ausgebildet ist) insbesondere gegenüber einer Vertikalrichtung verkippbar (und nicht nur vertikal verstellbar und verdrehbar) ausgestaltet sein kann.
Typischerweise ist die Auflagefläche verfahrbar, beispielsweise als verfahrbarer Tisch oder als umlaufendes Förderband (Conveyor) oder ähnliches, ausgebildet. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist es aber auch möglich, dass es sich lediglich um eine stationäre Auflagefläche handelt, wobei die Durchdringungseinheit dann in der Regel jeden Punkt der Auflagefläche überfahren kann.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Durchdringungseinheit in einem vorgegebenen Bearbeitungsabschnitt der Vorrichtung variabel verfahren werden, wobei der Körper in eben diesen Bearbeitungsabschnitt der Vorrichtung (segmentartig) hineinverlagerbar ist, insbesondere von einer verlagerbaren Auflagefläche wie oben beschrieben.
Bei dem biegeschlaffen Körper kann es sich insbesondere um eine Tierhaut oder ein Leder handeln, weiter vorzugsweise um ein sogenanntes technisches Textil, jedenfalls sofern die Vorrichtung als Schneidevorrichtung ausgebildet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um Filme, Folien, Schäume, Gummi, Karton, Pappe, Verbundwerkstoffe, Filze, Kork, dünnes Holz, flexible Unterlagen für die Druckindustrie, Fasergewebe oder ähnliches handeln.
Im Gegensatz zu den sogenannten technischen Textilien, bei welchen es sich insbesondere um Funktionstextilien, Hochleistungstextilien, industrielle Textilien oder ähnliches handelt, kann die Vorrichtung aber auch zum Durchdringen von traditionellen Kleidungstextilien und Heimtextilien eingesetzt werden, insbesondere zu deren Schneiden oder aber besonders vorzugsweise zu deren Nähen. In diesem Fall ist der Körper als (traditionelle) Textilie ausgebildet und die Vorrichtung als Nähmaschine.
Die Körper sind typischerweise biegeschlaff, weisen also typischerweise geringe Dehnsteifigkeit und große Verformungen infolge geringer Kraft-Momentbeanspruchungen auf. Insbesondere können diese Körper auch forminstabil, formlabil oder jedenfalls nicht formstabil genannt werden.
Die flächigen und blockförmigen Körper, die nicht biegeschlaff sind, aber trotzdem von der Erfindung umfasst werden, haben dabei in der Regel eine mehr oder weniger plane Oberseite. Bei den blockförmigen Körpern kann es sich beispielsweise um (Vlies-)Platten oder auch Polster, Matratzen, Boards oder ähnliches handeln.
Insbesondere bei einer Anordnung der Durchdringungseinheit an einem Roboterarm (bei welcher die Durchdringungseinheit auch verkippbar ist), kann diese auf einen Körperabschnitt, dessen Oberfläche gebogen angeordnet oder ausgebildet ist, einwirken. Damit die Durchdringungseinheit den Körperabschnitt durchdringen kann, muss aber auch der Körperabschnitt im Wesentlichen flächig ausgebildet sein (wobei die Oberfläche typischerweise gewölbt ausgebildet ist).
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Durchdringungseinheit an einem Tauchspulen-Aktor des elektrodynamischen Linearantriebes angeordnet. Der Tauchspulen-Aktor kann hierbei insbesondere zentral innerhalb eines Magneten und innerhalb einer Spule des Tauchspulenantriebes beweglich gelagert sein. Vorzugsweise ist der Aktor mit der oder den Spulen des Tauchspulenantriebes einstückig (aber nicht materialschlüssig) verbunden, derart, dass der Aktor einer Bewegung der einen (oder mehreren) Spule(n) folgt.
Die Durchdringungseinheit ist dabei insbesondere getriebelos an dem Tauchspulen-Aktor angeordnet, so dass die Durchdringungseinheit der Bewegung des Aktors in Durchdringungsrichtung, also insbesondere vertikal, zwangsläufig folgt. Eine Übersetzung ist hierbei vorzugsweise nicht vorgesehen. Mit anderen Worten folgt auf eine größere bzw. kleinere Auslenkung des Aktors immer auch eine größere bzw. kleinere Auslenkung der Durchdringungseinheit. Die Auslenkungen von Aktor und Durchdringungseinheit sind hierbei exakt identisch, jedenfalls in Durchdringungsrichtung.
Vorzugsweise kann die Durchdringungseinheit dabei über einen Adapter an dem Aktor angeordnet sein, was beispielsweise eine Beweglichkeit der Durchdringungseinheit tangential zur Durchdringungsrichtung relativ zu dem Aktor ermöglicht. Mit anderen Worten kann die Durchdringungseinheit, auch wenn sie in Durchdringungsrichtung oder Vertikalrichtung relativ zu dem Aktor festgelegt ist, verdrehbar oder verschwenkbar sein. Dies führt dazu, dass die Durchdringungseinheit einer vorgeschriebenen Schneid- oder Nähbahn radial folgen kann und dementsprechend eine vorgegebene Kontur optimal entlanggeführt werden kann, durch Verstellung oder Nachführung in radialer Richtung.
Gemäß einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Durchdringungseinheit beweglich an einem Bearbeitungskopf angeordnet. Der Bearbeitungskopf kann hierbei insbesondere den Antrieb sowie die Durchdringungseinheithalterung, gegebenenfalls den Adapter, möglicherweise auch einen Wegsensor und Ähnliches bereitstellen und umfassen. Der Bearbeitungskopf kann als Baueinheit aufgefasst werden, welche an einem Bearbeitungsportal beweglich festgelegt sein kann.
Während die Durchdringungseinheit aufgrund ihrer oszillierenden Hubbewegung in Durchdringungsrichtung (oder vertikal) relativ zu dem Bearbeitungskopf beweglich angeordnet ist, kann der gesamte Bearbeitungskopf relativ zu einem Bearbeitungsportal beweglich sein, an welchem der Bearbeitungskopf festgelegt oder angebracht ist. Der Bearbeitungskopf kann an dem Bearbeitungsportal somit in und quer zur Förderrichtung des Körpers beweglich ausgebildet sein und insbesondere auch höhenverstellbar relativ zur Auflagefläche. Typischerweise erfolgt bei einem Schneidvorgang zunächst eine Verstellung des Bearbeitungskopfes parallel zur Ebene der Auflagefläche, um an den gewünschten Schneidausgangspunkt zu gelangen. Sodann erfolgt ein vertikales Verfahren, um die Durchdringungseinheit bzw. das Messer in Schnittposition zu überführen. Anschließend kann der Bearbeitungskopf dann eine vorgegebene Bahn oder Kontur in der vorgegebenen vertikalen Höhe durchlaufen, wobei dann die Durchdringungseinheit wiederum oszillierend gegenüber dem Bearbeitungskopf vertikal antreibbar ist.
Das Bearbeitungsportal kann ortsfest angeordnet oder beweglich (jedenfalls relativ zur Auflagefläche) ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Bearbeitungskopf einen Lüfter auf. Dieser ist insbesondere bei einem Tauchspulenantrieb besonders vorteilhaft einsetzbar, um die im Bearbeitungskopf entstehende Wärme abzuleiten. Der Lüfter ist dabei insbesondere an dem der Durchdringungseinheit abgewandten Ende des Bearbeitungskopfes angeordnet, vorteilhafterweise also im vertikal oberen Bereich und kann somit als Deckeleinheit für den Bearbeitungskopf ausgebildet sein. Der Lüfter verhindert hierbei insbesondere eine Erwärmung der Aktorspule im Betrieb, wobei aus der Erwärmung der Spule ein höherer Widerstand und somit eine geringere Leistung resultieren würde. Dem wird mit einem Lüfter somit entgegengewirkt.
Vorzugsweise ist der Durchdringungseinheit gemäß der Erfindung ein Niederhalter zum Glätten des Körpers im Durchdringungsbereich zugeordnet. Dies ermöglicht ein besonders sauberes Schneiden des Körpers, kann aber auch bei einem Nähvorgang hilfreich sein. Insbesondere bei dem Einsatz der Vorrichtung als Nähmaschine könnte der Niederhalter transparent oder teiltransparent ausgebildet sein, was aber bei einem automatisierten Schneidvorgang nicht unbedingt sein muss.
Der Niederhalter kann vorzugsweise am Bearbeitungskopf angeordnet, also dort befestigt, sein. Vorteilhafterweise umgibt er die Durchdringungseinheit im Bereich der Auflagefläche bzw. des Körpers ringartig. Hierzu kann der Niederhalter beispielsweise als zylindrischer Körper ausgebildet sein.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann der Niederhalter insbesondere auch in seinem mit dem Körper bzw. der Auflagefläche kooperierenden Bereich (an seiner Stirnseite) nahezu geschlossen ausgebildet sein. In diesem Sinne kann die Unterseite des Niederhalters insbesondere flächig auf dem Körper bzw. auf der Auflagefläche aufliegen. Natürlich muss hierbei aber eine Öffnung oder ein Schlitz zum Hervortreten der Durchdringungseinheit aus dem Niederhalter vorgesehen sein. Ist eine Tangentialbewegung (beispielsweise eine Drehung) der Durchdringungseinheit vorgesehen, ist es besonders vorteilhaft, sofern der Niederhalter mit der Durchdringungseinheit hinsichtlich dieser tangentialen Bewegung synchronisiert ist. Ein für die Durchdringungseinheit an der Niederhalterunterseite vorgesehener Schlitz kann sich somit beispielsweise mit der Durchdringungseinheit mitdrehen.
Hierzu kann (auch) der Niederhalter rotatorisch verlagerbar sein, insbesondere synchron zur rotatorischen Bewegung der Durchdringungseinheit.
Besonders vorteilhaft hat sich eine Ausgestaltung der Vorrichtung herausgestellt, bei welcher ein separater Tangentialantrieb zur tangentialen Nachführung der Durchdringungseinheit vorgesehen ist, welcher die Durchdringungseinheit also beispielsweise verdrehen kann.
Im Gegensatz zu frühen Versuchen, bei welchen der elektrodynamische Linearantrieb des Aktors ebenfalls zur tangentialen Nachführung der Durchdringungseinheit eingesetzt wurde, bietet ein separater Tangentialantrieb den Vorteil, dass dieser insbesondere nicht auf den Aktor einwirkt. Der Aktor kann insofern ungestört, im Wesentlichen vertikal verlagert werden und der Aktor braucht nicht über eine Stromzufuhr, beispielsweise über Schleifringe oder Ähnliches, für einen Tangentialantrieb versorgt zu werden. Vielmehr kann der separate Tangentialantrieb beispielsweise über Antriebsritzel eine Verdrehung der Durchdringungseinheit ermöglichen. Der (oder die) Antriebsritzel greift hierzu typischerweise nicht unmittelbar an der Durchdringungseinheit an, sondern vielmehr an einem Adapter zwischen Durchdringungseinheit und Aktor. Der Adapter kann beispielsweise eine Buchse aufweisen, welche von dem Antriebsritzel (des Tangentialantriebs) verdrehbar ist.
Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, dass der Tangentialantrieb ebenfalls im Bearbeitungskopf angeordnet ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung einen Wegsensor zur Messung der Position der Durchdringungseinheit auf. Auf diese Weise kann die gesamte Vorrichtung, insbesondere zur Nutzung verschiedener Körper, geeicht werden, da die Durchdringungseinheit in einen festen Körper bei gleicher Antriebsleistung naturgemäß weniger weit eintritt als in einen sehr weichen Körper.
Der Wegsensor misst die Position der Durchdringungseinheit dabei typischerweise mittelbar, indem der Wegsensor mit dem Aktor kooperiert und diesen insbesondere hinsichtlich seiner Position (diskret oder kontinuierlich) vermisst oder überwacht. Da der Aktor und die Durchdringungseinheit typischerweise in Durchdringungsrichtung fest zueinander angeordnet sind, ermöglicht die Erfassung der Auslenkung des Aktors durch den Wegsensor direkte Rückschlüsse über die Auslenkung bzw. die Höhenlage bzw. die Eindringtiefe der Durchdringungseinheit bei bekannter Antriebsleistung.
Sofern der Wegsensor mit dem Aktor kooperiert, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Sensor im Bearbeitungskopf, in dessen vertikal oberem Bereich, angeordnet ist. Idealerweise kooperiert er dabei mit dem der Durchdringungseinheit abgewandten Aktorende, also typischerweise mit dem oberen Endbereich des Aktors oder mit einem Aktoraufsatz.
Bei dem Sensor kann es sich typischerweise um einen Näherungssensor oder jeden anderen geeigneten Wegsensor handeln. Dieser ist im Bearbeitungskopf typischerweise aber noch unterhalb eines Lüfters angeordnet und kann beispielsweise über das obere Ende des Aktors (oder einen dort angeordneten Aufsatz) übergestülpt sein.
Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung als Schneidvorrichtung ausgebildet, wobei die Durchdringungseinheit als Messer ausgebildet ist. Es kann hierbei eines der oben beschriebenen Messer verwendet werden. Derartige Schneidvorrichtungen werden beispielsweise in der Möbelindustrie verwendet, um aus Ledern oder Häuten die zu Möbeln zu verarbeitenden Einzelstücke herauszuschneiden. Das Schneiden mit einer derartigen Vorrichtung kann entlang vorgegebener Konturen erfolgen, welche insbesondere in einem vorigen Arbeitsschritt durch die Vorrichtung (automatisch) ermittelte Fehlerstellen berücksichtigen können. Die Schneidvorrichtung kann aber typischerweise auch für das Schneiden von technischen Textilien eingesetzt werden.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung als Nähmaschine ausgebildet, wobei die Durchdringungseinheit als Nadel ausgebildet ist. Die Nadel durchsticht dabei den Körper, bei welchem es sich typischerweise um einen Stoff oder Kleidungstextil handelt. Während es sich bei einer Schneidvorrichtung typischerweise um eine industrielle Vorrichtung handelt, kann es sich bei einer Nähmaschine sogar um eine Nähmaschine für den Hausgebrauch oder Ähnliches handeln.
Bei einem solchen Einsatz als Nähmaschine, bei welcher im Stand der Technik typischerweise ein gemeinsamer Antrieb für Oberarm und Unterarm vorhanden ist, kann erfindungsgemäß nun vorgesehen sein, dass der elektrodynamische Linearantrieb lediglich der Verlagerung der Nadel im Oberarm dient. Dem Unterarm kann dann ein separater Antrieb zugeordnet werden. Dies ermöglicht es, zwei energiesparende Einzelmotoren einzusetzen, je einen für den Oberarm und einen für den Unterarm anstelle des relativ aufwendigen gemeinsamen Antriebsmotors.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann die Durchdringungseinheit an einem Roboterarm angeordnet sein. Typischerweise ist der gesamte Bearbeitungskopf, also inklusive Antrieb und Durchdringungseinheit, gemeinsam an dem Roboterarm angeordnet. Diese Anordnung an einem Roboterarm macht sowohl für eine als Messer, als auch für eine als Nadel ausgebildete Durchdringungseinheit Sinn.
Der Vorteil einer solchen Anordnung an einem Roboterarm besteht insbesondere darin, dass – im Gegensatz zu einer Anordnung an einem verfahrbaren Portal – die Durchdringungseinheit (gegebenenfalls samt Bearbeitungskopf) auch gegenüber einer Vertikalrichtung (oder Horizontalrichtung) verkippbar ausgestaltet werden kann, um beispielsweise Wölbungen oder dreidimensional bezüglich der Ausrichtung inhomogene Abschnitte eines Körpers nachzufahren und zu durchdringen. Bei diesen Körpern oder Körperabschnitten kann es sich beispielsweise um Abschnitte von Armaturenbrettern in der Automobilindustrie handeln, welche geschnitten bzw. aus welchen ausgeschnitten werden soll, oder alternativ auch um Bekleidungsstücke, beispielsweise um Säume an einem bereits vorbereiteten Ärmel (welcher auf einer dreidimensionalen Halterung aufliegt).
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann hierbei insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 10 durchgeführt werden.
Sämtliche in Verbindung mit den Patentansprüchen 1 bis 10 vorgebrachten Merkmale und Vorteile sind somit auch analog auf das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Patentanspruch 11 (und 12) übertragbar und umgekehrt. Vorteile werden lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gesondert wiederholt.
Die in Patentanspruch 11 beschriebenen Verfahrensschritte können insbesondere chronologisch, nach der angeführten Reihenfolge erfolgen.
Es können aber in Anbetracht der obigen Rückbezüge auf die Patentansprüche 1 bis 10 selbstverständlich auch alle mit den Patentansprüchen 1 bis 10 verbundenen Verfahrensschritte durchgeführt werden. So kann beispielsweise als Durchdringungseinheit ein Messer oder eine Nadel eingesetzt werden, der Linearantrieb kann als Tauchspulenantrieb ausgebildet sein, es kann ein Lüfter oder ein Wegsensor eingesetzt werden und es kann auch ein Niederhalter eingesetzt werden, welcher insbesondere synchron zur rotatorischen Nachführung der Durchdringungseinheit verlagert wird.
Besonders vorteilhaft kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Verfahrensschritt vorgesehen werden, nach welchem eine Kalibrierung mit Hilfe eines Wegsensors zur Ermittlung der Bewegung der Durchdringungseinheit erfolgt. Der Wegsensor kann dabei, wie oben beschrieben, insbesondere mit dem Aktor kooperieren. Der Wegsensor kann somit insbesondere die Bewegung der Durchdringungseinheit, vorzugsweise kontinuierlich, überwachen. Die durch den Wegsensor erhaltenden Daten können dazu genutzt werden, die Schnitttiefe bei vorgegebener Antriebsleistung zu beurteilen und zu beurteilen, ob beispielsweise die Antriebsleistung ausreicht, um den Körper vollständig zu durchdringen. Sollte dies nicht der Fall – aber gewünscht – sein, kann die Antriebsleistung hochgeregelt werden, beispielsweise durch Erhöhen der Amplitude der angelegten Spannung oder der angelegten Stromstärke.
Auf diese Weise ist es selbstverständlich auch möglich, eine Vorrichtung bereits werksseitig hinsichtlich verschiedener Standardkörper zu kalibrieren, so dass beim Schneiden eines entsprechenden Körpers in einer der Vorrichtung zugeordneten Eingabeeinrichtung beispielsweise nur noch die Dicke oder Höhe des Materials angegeben werden muss, so dass die Vorrichtung selbstständig eine optimale Antriebsleistung einstellt.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich auf Grund der folgenden Figurenbeschreibung sowie anhand der gegebenenfalls nicht beschriebenen Unteransprüche.
In den Figuren zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer sehr schematischen Aufsicht bei auf eine Auflagefläche aufgelegtem Körper, unter Fortlassung seitlicher Portalbalken,
2 in einer sehr schematischen Seitenansicht, etwa gemäß Ansichtspfeil II in 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 1,
3 in einer sehr schematischen Schnittansicht, etwa gemäß der Schnittlinie III in 1, den Bearbeitungskopf der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 1 bei teilausgefahrener Durchdringungseinheit,
4 in einer sehr schematischen Unteransicht, etwa gemäß Ansichtspfeil IV in 3, den Niederhalter des in 3 dargestellten Bearbeitungskopfes mit austretender Durchdringungseinheit,
5 eine sehr schematische, vergrößerte Seitenschnittansicht (etwa gemäß 2) einer oszillierenden Schnittbewegung des in den 3 bis 4 dargestellten Durchdringungseinheit beim Schneiden des Körpers in unterschiedlichen, teilweise gestrichelten Positionen bei eingezeichneter, sinusförmiger Referenz-Bewegungskurve,
6 eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Nähmaschine in einer sehr schematischen, teilgeschnittenen bzw. teiltransparenten Seitenansicht,
7 eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei welcher die Durchdringungseinheit samt Bearbeitungskopf an einem Roboterarm angeordnet ist, zur Bearbeitung eines lediglich strichliert angedeuteten, dreidimensional gewölbten Körperabschnittes und
8 eine sehr schematische Aufsicht auf eine in 3 bereits im Querschnitt dargestellte, blattartige Feder, etwa in Richtung des Pfeils D gemäß 3, zur Vorspannung des Aktors und der Durchdringungseinheit in die Ruhelage.
Der nachfolgenden Figurenbeschreibung sei vorangestellt, dass gleiche oder vergleichbare Teile gegebenenfalls mit identischen Bezugszeichen versehen sind, teilweise unter Hinzufügung kleiner Buchtstaben oder von Apostrophs. In den an die Figurenbeschreibung anschließenden Patentansprüchen sind die Bezugszeichen daher teilweise nur in der Version ohne Apostrophs bzw. kleine Buchstaben dargestellt, sollen aber auch die jeweils anderen Versionen der mit den Bezugszeichen benannten Bauteile umfassen.
1 zeigt zunächst eine sehr schematische Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10.
Ein Bearbeitungskopf 11 ist über einem auf eine Auflagefläche 12 aufgelegten Körper 13 dargestellt. Der Körper 13 kann beispielsweise als Leder oder Tierhaut ausgebildet sein.
Der Bearbeitungskopf 11 ist dabei beweglich an einem Querträger 14 eines Schneidportals 15 angeordnet oder befestigt. Das Portal 15 ist in Förderrichtung F oder entgegen der Förderrichtung F' des Körpers 13, relativ zu dem Körper 13 bewegbar. Hierzu kann beispielsweise das Schneidportal 15 eine Absolutbewegung relativ zu einer feststehenden Auflagefläche erfahren. Alternativ kann aber auch die Auflagefläche 12 beweglich ausgebildet sein, beispielsweise als verfahrbarer Tisch oder als Förderbandeinrichtung, wobei das Portal 15 bzw. dessen Querträger 14 in Förderrichtung feststeht. Vorteilhafterweise sind sowohl das Portal 15 bzw. der Querträger 14 als auch die Auflagefläche 12 verlagerbar.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Körper 13 segmentartig oder kontinuierlich in Förderrichtung F in den Wirkbereich des Portals 15 bzw. des Bearbeitungskopfes 11 hineingefahren, und dann bearbeitet bzw. geschnitten wird. Anschließend kann der Körper ein weiteres Segmentstück weitergefördert werden. Dies kann insbesondere bei sogenannten Endloskörpern vorgesehen sein. Bei der in 1 dargestellten Tierhaut 13 kann der Körper nach einem Schneidvorgang in oder entgegen der Förderrichtung F aus dem Wirkbereich des Portals 15 herausgebracht werden, um die aus dem Körper 13 herausgeschnittenen Teile zu entnehmen.
Zur Durchführung des Schneidvorganges ist der Bearbeitungskopf 11 an dem Portal 15 bzw. dem Querträger 14 in Querrichtung Q oder entgegen der Querrichtung Q' verfahrbar. Dies ermöglicht das Schneiden des Körpers 13 in seiner gesamten Breite. Zusätzlich (aber in 1 nicht dargestellt) kann der Bearbeitungskopf 11 aber auch in einer Durchdringungsrichtung D oder entgegen der Durchdringungsrichtung D' relativ zu dem Körper 13 bzw. der Auflagefläche 12 verfahren werden, nämlich als Auf- und Abbewegung, wie dies insbesondere 2 illustriert.
In 2 ist hierbei die maximal in Durchdringungsrichtung D abgesenkte Position des Bearbeitungskopfes 11 dargestellt. Der Bearbeitungskopf 11 beaufschlagt mit einem, insbesondere zylinderförmig ausgebildeten, Niederhalter 16 den Körper 13 bzw. die Auflagefläche 12. Der Niederhalter 16 ist hierbei an dem Grundkörper 17 des Bearbeitungskopfes 11 angeordnet und in der Regel nicht höhenverstellbar zu diesem Grundkörper 17 ausgebildet. Allerdings kann der Niederhalter 16 tangential relativ zu dem Grundkörper 17 des Bearbeitungskopfes 11 bewegt, also verdreht, werden. Eine derartige Drehbewegung ist in 1 anhand der Bewegungspfeile T und T', welche die tangentiale (Verdreh-)Bewegung andeuten, dargestellt.
Wie oben bereits diskutiert, ist in 2 der Bearbeitungskopf 11 in der abgesenkten Position dargestellt. Diese Position wird insbesondere eingenommen, wenn die in 2 nicht dargestellte Durchdringungseinheit (welche etwa im unteren Randbereich des Niederhalters 16 angeordnet ist) „arbeitet”, also in den Körper 13 eindringt oder diesen durchdringt, insbesondere schneidet (oder näht).
Soll ein bearbeiteter Körper 13 entfernt werden, wird der Bearbeitungskopf 11 typischerweise gemäß 2 entgegen der Durchdringungsrichtung D, also in Richtung des Pfeils D', verfahren oder angehoben, bis ein neuer Körper in den Wirkbereich des Portals 15 gelangt ist und der Bearbeitungskopf 11 wieder in Durchdringungsrichtung D abgesenkt werden kann. Während des eigentlichen Schneidvorganges bleibt der Bearbeitungskopf 11 dann im Wesentlichen in der in 2 dargestellten abgesenkten Position und wird lediglich in Förderrichtung F oder entgegen der Förderrichtung F' sowie in oder entgegen der Querrichtung Q verfahren.
3 zeigt den Bearbeitungskopf 11 in einer sehr schematischen, bezüglich 2 vergrößerten Schnittdarstellung, wobei auch 3 den in 2 bereits angedeuteten Aufbau des Bearbeitungskopfes 11 aus Grundkörper 17 und Niederhalter 16 im unteren Bereich andeutet.
Der Grundkörper 17 weist dabei einen Aufnahmebereich für einen elektrodynamischen Linearantrieb 18 auf, wobei der Antrieb 18 ausweislich 3 als Tauchspulenantrieb ausgebildet ist.
Der Antrieb 18 umfasst dabei einen zentralen, ringförmigen Permanentmagneten 19, sowie eine Halterung 20 für einen ebenfalls im Wesentlichen ringförmig ausgebildeten, elektrischen Leiter in Form einer Spule 21. Die einzelnen Windungen der Spule 21 sind lediglich angedeutet, verlaufen aber schraubenbahnartig an der Halterung 20 um den zentraleren Magneten 19 herum.
Der Magnet 19 ist dabei relativ zu dem Bearbeitungskopf fest angeordnet, während die Halterung 20 samt Spule 21 im Wesentlichen in und entgegen der Durchdringungsrichtung D in dem Gehäuse 22 des Bearbeitungskopfes 11 verlagerbar ist. Die Halterung 20 ist einstückig mit dem sogenannten Aktor 23 (auch Aktorelement genannt) verbunden, so dass eine Bewegung der Spule 21 direkt zu einer Verlagerung des Aktors 23 in oder entgegen der Durchdringungsrichtung D führt.
3 verdeutlicht desweiteren, dass auch die eigentliche Durchdringungseinheit 24, welche in dem Ausführungsbeispiel als Cuttermesser ausgebildet ist, mittelbar an dem Aktor 23 angeordnet ist.
Hierzu schließt an den Aktor 23 in Durchdringungsrichtung D, also im Wesentlichen am unteren Ende des Aktors 23 ein (mehrteiliger) Adapter 25 an. Der Adapter 25 umfasst dabei einen Adapterkopf 26, welcher an dem Aktor 23 fest verschraubt wird. Der Adapterkopf 26 wird von einer drehbaren, an dem Adapterkopf 26 gelagerten, nutenaufweisenden Hülse 27 übergriffen, welche in einer Buchse 28 eine vertikale Auf- und Abbewegung in oder entgegen der Durchdringungsrichtung D ausführen kann. Die Buchse 28 ist jedoch auf nicht näher dargestellte Weise mit mindestens einem Antriebsritzel einer Tangentialsteuerung bzw. eines Tangentialantriebs 29 verbunden, welcher die Hülse 27 verdrehen kann (Ritzel sind in den Figuren nicht dargestellt).
Sowohl der Niederhalter 16 als auch die Durchdringungseinheit 24 sind an die Hülse 27 derart gekoppelt, dass ihre Tangentialbewegungen bzw. ihre Verdrehungen in Tangentialrichtung T oder entgegen der Tangentialrichtung T' (vgl. 1) der Bewegung der Hülse 27 synchron nachfolgen.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann aber insbesondere der Niederhalter 16 auch auf andere Weise (also nicht über die Hülse 27) mit dem tangentialen Antrieb 29 verbunden sein. In beiden Fällen ist jedoch die Durchdringungseinheit 24 verdrehbar ausgebildet.
Dies ist insbesondere notwendig, da die Durchdringungseinheit 24, je nach gewünschtem Schnittmuster, tangentiale Bewegungen nach Art von Drehungen erfahren muss, um einer vorgegebenen Schnittkontur zu folgen. Hierfür durchtritt die Durchdringungseinheit 24 ausweislich 3 einen Schlitz 31 in einer unteren Niederhalterfläche 30 des Niederhalters 16. Schlitz 31 und Durchdringungseinheit 24 werden somit immer synchron in Tangentialrichtung T oder entgegen der Tangentialrichtung T' verlagert, was besonders gut auch in 4 zu erkennen ist (welche insbesondere verdeutlicht, dass sich der Schlitz 31 nicht über die gesamte Breite des Niederhalters 16 erstreckt, sondern nur über den Bereich, welcher der Durchdringungseinheit 24 zugeordnet ist.
Beide Tangentialbewegungen (diejenige des Niederhalters 16 als auch diejenige der Durchdringungseinheit 24) werden von dem in 3 dargestellten Tangentialantrieb 29 initiiert. Dieser Tangentialantrieb 29 ist insbesondere unabhängig von dem Haupt- oder Linearantrieb 18 ausgebildet, wobei der Tangentialantrieb 29 keine Auswirkungen auf den eigentlichen Aktor 23 hat, da dieser insbesondere nicht mitverdreht werden muss.
Während an den zentralen Aktor 23, welcher ausweislich 3 im Wesentlichen entlang einer vertikalen Ausrichtungsachse A angeordnet ist, im unteren Bereich der Adapter 25 anschließt, schließt der obere Teil des Aktors 23 mit einem Messfortsatz 32 ab. Dieser Messfortsatz 32 kooperiert mit einem Wegsensor 33, welcher die Auslenkung des Aktors 23 in oder entgegen der Durchdringungsrichtung D, insbesondere kontinuierlich, überwachen kann. Bei dem Wegsensor 33 kann es sich insbesondere um einen Näherungssensor handeln, welcher die Verlagerung des oberen Endes des Aktors 23 oder des Messfortsatzes 32 detektieren kann. Der Wegsensor kann hierbei auf jede geeignete Art arbeiten, und beispielsweise mit Hilfe optischer Mittel oder magnetischer Mittel eine Detektion des Ortes (des Messfortsatzes 32) des Aktors 23 vornehmen.
Der Wegsensor 33 kann die ermittelten Daten insbesondere über eine nicht dargestellte Leitung oder leitungslos an eine zentrale Steuer- oder Recheneinheit (nicht dargestellt) der Vorrichtung 10 weiterleiten. Die Steuer- oder Recheneinheit kann auf diese Weise die tatsächlich gemessene Position des Aktors 23 und (da der Abstand zwischen Aktor 23 und Durchdringungseinheit 24 fest und bekannt ist) somit auch die genaue Position der Durchdringungseinheit 24 ermitteln. Dies ermöglicht ein im Folgenden beschriebenes Kalibrierungsverfahren:
So kann ein zu bearbeitender, insbesondere zu schneidender Körper, dessen genaue Körpereigenschaften nicht bekannt sind, an einer unkritischen, später nicht verwendeten Stelle testweise angeschnitten werden. Es kann dabei beispielsweise ermittelt werden (bei bekannter Höhe des Körpers), welche elektrische Signalstärke der Antrieb 18 erhalten muss, damit die Durchdringungseinheit 24 den Körper genau durchdringt, aber nicht in die Auflagefläche 12 einschneidet. Hierzu kann beispielsweise die Spannungs- oder Stromstärkeamplitude schrittweise oder kontinuierlich erhöht werden, bis die oszillierende Durchdringungseinheit die benötigte Schnitttiefe erreicht.
Der grundsätzliche Schneidevorgang soll anhand von 5 verdeutlicht werden, gemäß welcher, die Durchdringungseinheit 24 im Vergleich zu 3 um 180° gedreht in einer ersten Position in den Körper 13 eindringt.
5 zeigt dabei die Situation bei einer konstanten Signalstärke, d. h. also bei einer gleichbleibenden Spannungsamplitude. (und Frequenz). Die in 5 dargestellte Sinuskurve 34 zeigt insofern die oszillierende Bewegung der Messerspitze 35 nach erfolgter, idealer Kalibrierung.
Ausgehend von der in 5 durchgezogen dargestellten Stellung der Durchdringungseinheit 24 wird die Durchdringungseinheit 24 im Rahmen der Oszillationsbewegung die Sinuskurve mit ihrer Spitze 35 nach rechts durchlaufen und kurze Zeit später die Position 24' erreichen, in welcher die Durchdringungseinheit 24' bereits wesentlich tiefer in den Körper 13 eingedrungen ist.
Sobald die Messerspitze 35 die in 5 mit M bezeichnete Position erreicht, ist der Körper 13 vollständig durchdrungen, das Messer 24 tritt jedoch nicht in die Auflagefläche 12 ein. In diesem Punkt M ist die bei eingestellter Signalstärke maximal erreichbare Auslenkung der Durchdringungseinheit 24 (und somit auch des Aktors 23) erreicht. Die oszillierende Bewegung setzt sich kontinuierlich fort, bis der gesamte Körper wunschgemäß geschnitten ist bzw. bis die Durchdringungseinheit 24 die vorgegebene Schneidkontur nachgefahren hat.
Der in 5 mit a bezeichnete Abstand zwischen minimaler und maximaler Auslenkung der Durchdringungseinheit 24 wird auch (eingestellter) „Hub” genannt. „b” bezeichnet somit den halben Hub bzw. die halbe Hublänge und die im Abstand b über der Auflagefläche 12 dargestellte gestrichpunktete Kennlinie 36 deutet die Ruhelage der Durchdringungseinheit 24 (bei abgestelltem Antrieb 18) an. In diese Ruhelage (bei b) wird die Durchdringungseinheit 24 von einer in 3 im Querschnitt dargestellten, blattartigen Feder 43 vorgespannt, welche sowohl an dem Aktor 23 als auch an dem Gehäuse 22 befestigt ist. 8 zeigt eine Aufsicht auf dieses Federelement 43, wobei der Aktor im Zentralbereich 44 befestigbar sein kann, und das Federelement 43 selbst über Befestigungsabschnitte 45a bis 45c an dem Gehäuse 22 festlegbar ist.
Für Einsatzfälle, bei welchen ein größerer Hub a benötigt wird, kann die Signalstärke des Antriebs 18 entsprechend angepasst werden. Beispielsweise kann für einen dickeren Körper 13, welcher aus demselben Material besteht, wie derjenige in 5, die Signalstärke (bzw. die Spannungsamplitude) erhöht werden. Dies führt zu einem größeren Hub a, welcher auch dazu geeignet ist, dickere Körper sicher zu schneiden.
Weist ein neu zu schneidender Körper hingegen eine größere Zähigkeit oder Ähnliches auf, im Vergleich zu dem in 5 dargestellten Körper, kann insbesondere die Frequenz des Signals erhöht werden, wodurch sich die Durchdringungseinheit 24 auf gleicher Strecke öfter auf und ab bewegt.
In diesem Sinne können für jeden Körper ideale Einstellungen durch eine Änderung der Signalstärke und/oder eine Änderung der Signalfrequenz des Antriebes 18 erreicht werden. Hierzu kann insbesondere die Spannungsamplitude angepasst und die Spannungsfrequenz geändert werden.
Da eine Erwärmung der in 3 dargestellten Tauchspulenvorrichtung zu einem höheren Widerstand in der Spule 21 und somit zu einer geringeren Leistung des Antriebs 18 führen würde, ist im Kopfbereich des Bearbeitungskopfes 11 noch ein Lüfter 37 vorgesehen, welcher die erwärmte Luft aus dem Innenraum des Gehäuses 22 nach oben, durch eine dortige Öffnung 38 abführen kann.
Bezüglich 3 sei abschließend angemerkt, dass der in 3 dargestellte Antrieb 18 als Tauchspule ausgebildet ist, wobei die Geometrie derart ausgebildet ist, dass der Aktor 23 auf der zentralen Achse A angeordnet und von einem ringförmigen Magneten 19 umgeben ist. Außerhalb des Magneten 19 ist dieser dann ringförmig von der Spule 21 umgeben, was zu einer Verlagerung des Aktors in die Durchdringungsrichtung D oder entgegen der Durchdringungsrichtung D aufgrund der Lorentzkraft führt. So ist das Magnetfeld des Magneten 19 in 3 anhand dem den Magnetfluss darstellenden Schemapfeil m ausgebildet.
Dem Pfeil m lässt sich dabei entnehmen, dass der Magnet 19 insbesondere axial magnetisiert ist (also in Durchdringungsrichtung D) und der Magnetfluss des Magneten 19 sich über das Gehäuse 22 schließt.
Da die Spule 21 auf nicht dargestellte Weise an eine Wechselspannung des Antriebssignals des Antriebs 18 angeschlossen ist, wechselt die Flussrichtung in dem stromdurchflossenen Leiter 21 ständig die Richtung, was nach der Lorentzregel zu einer abwechselnden Auf- und Abbewegung der Spule 21 und somit auch des Aktors 23 führt.
Anstelle einer einzelnen Spule 21 können typischerweise an der Halterung 20 auch zwei übereinander angeordnete Spulen oder sogar noch mehr Spulen vorgesehen sein.
Es ist alternativ auch grundsätzlich möglich, dass der Permanentmagnet 19 die Spulen kreisringförmig umgibt oder dass der Permanentmagnet 19 nicht, wie vorliegend, in Durchdringungsrichtung D (oder entgegen der Durchdringungsrichtung D') magnetisiert ist, sondern ähnlich wie bei einem Lautsprecher quer zur Durchdringungsrichtung (also im Wesentlichen horizontal). Hierzu würden in diesem Fall beispielsweise andersartige Permanentmagnete mit einem zentralen Joch oder Ähnlichem verwendet werden. Zudem sind auch Tauchspulenantriebe vorstellbar, bei welchen der Magnet bewegt wird und die Spule festgelegt ist. In diesem Fall wäre der Aktor 23 dann an dem Magneten befestigt oder würde den Magneten jedenfalls abschnittsweise ausbilden.
Abschließend zeigt 6 eine alternative Ausgestaltung in Form einer Vorrichtung 10', welche als Nähmaschine ausgebildet ist. Die Nähmaschine 10' ist, wie eine handelsübliche Nähmaschine, grundsätzlich zweiteilig ausgebildet und zwar mit einem Oberarm 39 und einem Unterarm 40. Dem Oberarm 39 ist ein erfindungsgemäßer Bearbeitungskopf 11' zugeordnet, dessen Funktion im Wesentlichen der Funktion des Bearbeitungskopfes 11 nach 2 entspricht. Der Bearbeitungskopf 11' dient hierbei der oszillierenden Verlagerung einer als Nähnadel ausgebildeten Durchdringungseinheit 24'. Der Niederhalter 16' ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht zylinderartig, sondern eher gabelartig ausgeführt, wie man dies von handelsüblichen Nähmaschinen her kennt.
Im Gegensatz zu einer handelsüblichen Nähmaschine ist dem Bearbeitungskopf 11' aber erfindungsgemäß ein, insbesondere separater, elektrodynamischere Linearantrieb, vorzugsweise ein Tauchspulenantrieb, im Bearbeitungskopf 11' zugeordnet. Bezüglich dessen Funktionsweise kann auf die voranstehenden Figurenbeschreibungen verwiesen werden.
Der Unterarm 40 weist hingegen einen weiteren separaten Antrieb 41 auf, welcher in 6 lediglich schematisch dargestellt ist. Dieser separate Antrieb 41 dient dabei der Verlagerung der ebenfalls lediglich schematisch angedeuteten Greifereinheit 42, welche der Übernahme eines nach dem Durchstich der Nadel 24' durch den nicht dargestellten Körper zu übernehmenden Oberfadens dient. Der Oberfaden muss der Greifereinheit 42 zugänglich gemacht werden. Dies kann beispielsweise durch einen Schlingenhub, also eine Nadelbewegung, die nach dem unteren Totpunkt der Nadel in Richtung Ausstich erfolgt und den Faden von der Nadel löst, oder Ähnliches erfolgen.
Entscheidend ist vorliegend, dass der Bearbeitungskopf 11 seinen eigenen elektrodynamischen Linearantrieb, insbesondere einen Tauchspulenantrieb (und gegebenenfalls natürlich auch einen zusätzlichen Tangentialantrieb) aufweist und der Unterarm 40 ebenfalls einen separaten Antrieb. Auf diese Weise können die Antriebe jeweils sehr klein und leistungssparend ausgebildet werden.
Während bei einer herkömmlichen Nähmaschine typischerweise ein gemeinsamer, sehr kraftvoll ausgelegter Antrieb vorgesehen ist, der sämtliche Verlagerungsarbeiten übernehmen muss, kann vorliegend ein separater Tauchspulenantrieb die Nadel 24' verlagern, was besonders schnelle und variable Verlagerungs- bzw. Hubfrequenzen und Hubhöheneinstellungen ermöglicht.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem die Vorrichtung 10'' einen Roboterarm 70 umfasst, an welchem der Bearbeitungskopf 11'' samt Durchdringungseinheit 24'' angeordnet ist. Der Bearbeitungskopf 11'' sowie die Durchdringungseinheit 24'' (welche entweder als Messer oder Nadel ausgeführt sein kann) sind hierbei gegenüber einer Vertikalrichtung V verkippbar ausgebildet, so dass der Bearbeitungskopf relativ zur Vertikalrichtung V also einen Winkel ausbilden kann. Diese Verkippbarkeit ermöglicht auch das Schneiden oder Nähen bzw. Durchdringen eines flächenhaften Körpers, welcher eine gewölbte oder dreidimensional geformte Oberfläche aufweist. Ein solcher Körper 72 ist strichliert in 7 dargestellt, wobei die Durchdringungseinheit 24'' gemäß 7 gerade in einen oberen, gewölbten Körperabschnitt 71 eindringt. Bei dem Körper kann es sich beispielsweise um ein Armaturenbrett oder eine ähnlich gewölbte körperliche Ausgestaltung handeln, welche nicht flach (eben) aber flächig und gewölbt ausgebildet ist. Alternativ kann der Roboterarm 70 samt Bearbeitungskopf 11'' aber selbstverständlich auch mit einer Nadel 24'' versehen sein, um beispielsweise den Saum eines gewölbten Kleidungsstückes, beispielsweise eines Ärmels oder ähnliches, zu nähen. Der Ärmel kann hierbei beispielsweise auf einem Gestell dreidimensional aufgehängt sein. Bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Körperabschnitt 71 ebenfalls aufgehängt oder aufgebockt und wird von einem Ständer 73 gestützt, welcher an seinem Kopfbereich beispielsweise einen Teil der Auflagefläche 12 ausbilden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Durchdringungseinheit 24'' dabei als Messer ausgebildet.

Claims

Vorrichtung (10) zum Durchdringen, insbesondere Schneiden oder Durchstechen, eines flächenhaften, vorzugsweise biegeschlaffen, Körpers (13) oder Körperabschnitts (71), wie einer Tierhaut oder eines Textils, umfassend eine, vorzugsweise oberhalb einer Auflagefläche (12) für den Körper (13), höhenverstellbar angeordnete Durchdringungseinheit (24), welche von einem Antrieb (18) zur Erzeugung einer Hubbewegung oszillierend angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb als elektrodynamischer Linearantrieb (18), insbesondere Tauchspulenantrieb, ausgebildet ist, vorzugsweise derart, dass der Hubweg (a) und/oder die Hubfrequenz durch das elektrische Steuersignal des Antriebs (18) regulierbar sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchdringungseinheit (24), insbesondere getriebelos, vorzugsweise über einen Adapter (27), an einem Tauchspulen-Aktor (23) des elektrodynamischen Linearantriebes (18) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchdringungseinheit (24) beweglich an einem Bearbeitungskopf (11) angeordnet ist, welcher insbesondere an einem Bearbeitungsportal (15) beweglich festgelegt ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (11) einen Lüfter (37), insbesondere am der Durchdringungseinheit (24) abgewandten Ende, aufweist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchdringungseinheit (24) ein, vorzugsweise am Bearbeitungskopf (11) angeordneter, Niederhalter (16) zum Glätten des Körpers (13) im Durchdringungsbereich zugeordnet ist, welcher insbesondere eine Öffnung (31) zum Hervortreten der Durchdringungseinheit (24) aufweist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (16) rotatorisch, insbesondere synchron zur rotatorischen Nachführung der Durchdringungseinheit (24), verlagerbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein separater, vorzugsweise im Bearbeitungskopf (11) angeordneter, Tangentialantrieb (29) zur tangentialen Nachführung der Durchdringungseinheit (24) vorgesehen ist, welcher insbesondere nicht auf den Aktor (23) einwirkt.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) einen, insbesondere mit dem Aktor (23) kooperierenden, Wegsensor (33) zur Messung der Position der Durchdringungseinheit (24) aufweist, wobei der Sensor (33) vorzugsweise im Bearbeitungskopf (11) angeordnet ist, weiter vorzugsweise derart, dass er mit dem der Durchdringungseinheit (24) abgewandten Aktorende kooperiert.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Schneidvorrichtung (10) ausgebildet ist, wobei die Durchdringungseinheit (24) insbesondere als Messer, vorzugsweise als Cuttermesser, ausgebildet ist.
Vorrichtung (10') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Nähmaschine (10') ausgebildet ist, wobei die Durchdringungseinheit insbesondere als Nadel (24') ausgebildet ist.
Verfahren zum Durchdringen, insbesondere Schneiden oder Durchstechen, eines flächenhaften, biegeschlaffen Körpers (13), wie einer Tierhaut oder eines Textils, insbesondere unter Nutzung einer Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: • Aufbringen des Körpers (13) auf eine Auflagefläche (12) • oszillierendes Antreiben einer oberhalb der Auflagefläche (12) angeordneten Durchdringungseinheit (24) durch einen elektrodynamischen Linearantrieb (18) zur Bearbeitung des Körpers (13), und vorzugsweise Einstellen von Hubweg (a) und/oder Hubfrequenz der Durchdringungseinheit (24) durch Regulierung des elektrischen Antriebsteuersignals.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: • Kalibrierung mit Hilfe eines Wegsensors (33) zur Ermittlung der Bewegung oder Position der Durchdringungseinheit (24), insbesondere in Abhängigkeit von einer angelegten Wechselspannung.
Vorrichtung (10) oder Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Roboterarm (70) umfasst, an welchem die Durchdringungseinheit (24''), und insbesondere auch der Antrieb (18), angeordnet ist.