DE102020105416A1

DE102020105416A1 - Schneidkopf für eine zuschnittmaschine und verwendung eines torquemotors

Info

Publication number: DE102020105416A1
Application number: DE102020105416.5A
Authority: DE
Inventors: Robert Preisler
Original assignee: Bullmer GmbH
Current assignee: Bullmer GmbH
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2021-09-02
Anticipated expiration: 2040-02-29
Also published as: DE102020105416B4

Abstract

In Zuschnittmaschinen für biegeschlaffes Material ist es üblich diesen mit oszillierenden Schneidmessern zu schneiden, indem das Schneidmesser in einem über ein Portal verfahrbaren Schneidkopf positioniert und die Klinge des Schneidmessers hierbei mit einem Stellantrieb in Schneidrichtung gedreht und mittels eines Oszillationsantriebs in Hubbewegungen versetzt wird. Als Stellantrieb wurde ein Servomotor eingesetzt, dessen Drehmoment mithilfe eines Zahnradpaars auf die Messeraufnahme übertragen wurde.Die Erfindung schlägt vor diesem Hintergrund vor, als Stellantrieb einen Torquemotor einzusetzen, welcher eine mittige Aussparung aufweist. Durch diese Aussparung kann der Oszillationsantrieb mit der Messeraufnahme koaxial mit dem Torquemotor positioniert werden, so dass eine leichtere und kompaktere Bauform resultiert, welche einen geringeren Teileaufwand benötigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schneidkopf für eine Zuschnittmaschine für den Einzel- oder Mehrlagenzuschnitt von flächig gelegtem biegeschlaffem Material, umfassend einen Oszillationsantrieb zur oszillierenden Betätigung eines in einer Messeraufnahme gehaltenen Schneidmessers, sowie einen Stellantrieb zur Drehausrichtung des Schneidmessers um eine Längsachse desselben, sowie eine Verwendung eines Torquemotors als Stellantrieb zur Drehausrichtung eines mittels eines Oszillationsantriebs in Hubbewegungen zu versetzenden Schneidmessers.
Der Zuschnitt von biegeschlaffem Material, insbesondere von Textilmaterial, Leder und dergleichen, erfolgt maschinell mithilfe von Zuschnittmaschinen. Diese haben einen Schneidkopf, welcher mithilfe eines Portals über einem Borstenfeld bewegt wird und die zu schneidenden Konturen eines Werkstücks abfährt. Die zweidimensionale Positionierung erfolgt dabei über die Positionierung des Portals sowie die Positionierung des auf dem Portal verschieblich angeordneten Schneidkopfs, während in dem Schneidkopf selbst die Drehausrichtung des Schneidmessers erfolgt, dessen Schneidkante stets in Schnittrichtung weisen soll. Diese Drehbewegung, welche der zu schneidenden Kontur folgt, wird mit einer oszillierenden Bewegung des Schneidmessers überlagert, welche für den eigentlichen Schnitt sorgt.
Dabei besteht das Problem, dass bekannte Schneidköpfe einen Oszillationsantrieb für das Schneidmesser aufweisen, welcher neben einem Stellantrieb für die Drehachse des Schneidmessers angeordnet ist. Während der Oszillationsantrieb auf der Drehachse des Schneidmessers liegt, muss die Drehbewegung des Stellantriebs mithilfe zweier Zahnräder auf die Drehachse übertragen werden. Da das Schneidmesser Hubbewegungen ausführt, gelingt es nicht, dieses mit dem als Stellantrieb üblicherweise verwendeten Servomotor zu verbinden. Die Hubbewegungen und die Drehachse des Servomotors stehen sich hierbei gegenseitig im Wege.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zu Grunde, einen Schneidkopf zu schaffen, der sowohl kompakter als auch gleichzeitig leichter gebaut werden kann, den Vorteil einer präzisen Positionssteuerung jedoch behält.
Dies gelingt durch einen Schneidkopf für eine Zuschnittmaschine für den Einzel- oder Mehrlagenzuschnitt von flächig gelegtem biegeschlaffem Material gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, sowie durch die Verwendung eines Torquemotors als Stellantrieb zur Drehausrichtung eines mittels eines Oszillationsantriebs in Hubbewegungen zu versetzenden Schneidmessers. Sinnvolle Ausgestaltungen des Schneidkopfs sowie der Verwendung eines Torquemotors können den sich jeweils anschließenden abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass ein Schneidkopf ein Schneidmesser führt, welches von einem Oszillationsantrieb in Hubbewegungen versetzt wird. Die Drehrichtung des Schneidmessers wird dabei durch einen Stellantrieb bestimmt, welcher auf die Drehachse des Schneidmessers einwirkt und damit seine Drehbewegung mit der von dem Oszillationsantrieb verursachten Hubbewegung überlagert. Dabei wird jedoch abweichend vom Stand der Technik ein Torquemotor, oder auch Drehmomentmotor, eingesetzt, welcher toroidförmig gebildet ist, also einen großen Durchmesser bei geringer Bauhöhe aufweist.
Dies erlaubt es, das Schneidmesser ohne zusätzliche mechanische Elemente wie Schneckenräder, Riemen oder Riemenscheiben direkt anzutreiben.
Aufgrund seiner Bauform erreicht der Torquemotor zudem ein hohes Drehmoment, wohingegen seine Drehzahl begrenzt ist. Dies erlaubt eine starke Beschleunigung und erlaubt eine hohe Präzision, während der Torquemotor in seiner Eigenschaft als Stellmotor ohnehin keine hohen Drehzahlen benötigt. Im Gegensatz dazu erreichen die bisherigen Servomotoren zwar höhere Drehzahlen, weisen jedoch ein geringeres Drehmoment auf und benötigen eine Übersetzung, um das Schneidmesser aufgrund seiner Hubbewegung überhaupt anzutreiben. Eine solche Übersetzung verringert allerdings die Effizienz und die Genauigkeit. Aufgrund der mittigen Aussparung in dem Torquemotor kann dieser Raum für die Hubbewegung des Schneidmessers freigehalten werden. Die Messeraufnahme mit dem Schneidmesser oszilliert damit innerhalb der Aussparung des Torquemotors oder koaxial zu dieser und benötigt keinen zusätzlichen Bauraum neben dem Stellantrieb in dem Schneidkopf.
Die besonderen Eigenschaften des Torquemotors, insbesondere seine kompakte Bauform mit der mittigen Aussparung sowie sein hohes Drehmoment, erlauben es damit, einen kompakten und leichten Schneidkopf zu konstruieren, welcher einen koaxial mit der Messeraufnahme positionierten Stellantrieb realisiert.
Bevorzugtermaßen kann zudem eine Drehachse des Torquemotors genau auf der Drehachse des Schneidmessers liegen, so dass eine besonders präzise Ansteuerung des Schneidmessers auch auf engem Raum erfolgen kann. Hierdurch kann das Schneidmesser praktisch an einem Punkt um sich selbst gedreht werden und sehr enge Kurven durch das zu schneidende Material beschreiben. Weiter kann die Klinge des Schneidmessers spiegelsymmetrisch geformt sein und die Drehachse zudem mit der Schneidkante des Schneidmessers in einer gemeinsamen Ebene liegen, welche gleichzeitig eine Spiegelebene des Schneidmessers ist.
Eine besonders geringe Bauhöhe und damit eine sehr kompakte Bauform kann dadurch erreicht werden, dass die Messeraufnahme in dem Oszillationsantrieb und dieser wiederum in der Aussparung des Torquemotors positioniert wird. Die beiden Antriebe sitzen dadurch praktisch ineinander und benötigen aufgrunddessen den geringsten möglichen Raum. Auch ein teilweises Ineinandersetzen der Antriebe oder ein unmittelbares Aneinanderstoßen der Antriebe, wobei der Oszillationsantrieb an dem innenliegenden Rotor des Torquemotors aufgehängt ist, kann immer noch zu einer sehr kompakten Bauform führen.
Mit besonderem Vorteil kann es sich bei dem Oszillationsantrieb um einen elektrisch oder hydraulisch oszillierenden Antrieb handeln. Derartige oszillierende Antriebe erreichen hohe Frequenzen von über 10.000 Hüben pro Minute.
Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen

1 einen Schneidkopf mit einem Torquemotor und einem koaxial dazu angeordneten Oszillationsantrieb in einer Draufsicht von unten,
2 den Schneidkopf gemäß 1 in einer seitlichen Draufsicht, sowie
3 den Schneidkopf gemäß 2 in einer seitlichen Querschnittsdarstellung entlang einer in 2 angegebenen Schnittebene.

1 zeigt einen Schneidkopf 1, welcher in einer kompakten Bauform einen Torquemotor 2 und einen in dessen innenliegender Aussparung 8 aufgenommenen Oszillationsantrieb 7, mit welchem ein hier nicht dargestelltes Schneidmesser in einer zentralen Messeraufnahme 5 in Hubbewegungen versetzt wird. Es handelt sich bei dem vorliegenden Torquemotor 2 um einen Innenläufer, dessen Rotor 4 mit dem Oszillationsantrieb 7 verbunden ist, so dass dieser bei einer Drehbewegung des Rotors 4 gegenüber seinem Stator 3 mitgenommen wird. Der Torquemotor 2 erlaubt aufgrund seiner günstigen Bauform ein hohes Drehmoment, mit dem der Oszillationsantrieb beschleunigt und verzögert werden kann, sowie eine hohe Präzision, weil eine Übersetzung des Drehmoment des Torquemotors 2 nicht erforderlich ist. Dies liegt insbesondere daran, dass die von dem nicht gezeigten Schneidmesser ausgeführten Hübe in das Innere des Torquemotors 2 gerichtet werden können und dabei wegen der dortigen Aussparung 8 unproblematisch Platz finden.
2 zeigt den Schneidkopf 1 in einer seitlichen Darstellung, wobei die Ansicht der 1 sich in Bezug auf diese Darstellung auf den Boden gerichtet hat. Am bodenseitigen Ende des Schneidkopfs kann der Oszillationsantrieb 7 mit der Messeraufnahme 5 aufgefunden werden, während sich direkt darüber der Torquemotor 2 anschließt, welcher aufgrund seiner innenliegenden Position jedoch in dieser Darstellung nicht sichtbar ist. Der Schneidkopf 1 als Ganzer wird, ergänzt um das Schneidmesser bei bestimmungsgemäßem Einsatz an einem Portal angeordnet, welches ein Borstenfeld überfahren kann, auf dem Textilmaterial zum Zuschnitt ausgelegt ist. Das Portal wird in einer ersten Richtung als Ganzes über das Borstenfeld verfahren, während die Positionierung in einer zweiten Richtung durch ein Verfahren des Schneidkopfs 1 entlang des Portals erfolgen kann. Lediglich die Hubbewegungen des Schneidmessers und die Ausrichtung desselben in die aktuelle Bewegungsrichtung durch den Torquemotor 2 finden in dem Schneidkopf 1 selbst statt.
3 zeigt schließlich den genannten Querschnitt, aus dem ersichtlich wird, dass der Oszillationsantrieb 7 mit dem Rotor 4 des Torquemotors 2 verbunden ist. Während der Oszillationsantrieb 7 ein in der Messeraufnahme 5 anzuordnendes Schneidmesser in Hubbewegungen versetzt, dreht der Torquemotor 2 durch eine Drehbewegung des Rotors 4 gegenüber dem mit dem Schneidkopf 1 verbundenen Stator 3 das Schneidmesser in die gewünschte Richtung. Die Drehung erfolgt dabei um die gemeinsame Drehachse 6 des Torquemotors 2 und der Messeraufnahme 5. Auf diese Weise ermöglicht der Torquemotor 2, in dessen zentraler Aussparung 8 der Oszillationsantrieb 7 positioniert und in welche das oszillierende Schneidmesser bedarfsweise einrücken kann, eine sehr kompakte Bauform und erlaubt aufgrund des Wegfalls einer Übersetzung eine präzise und schnelle Drehpositionierung des Schneidmessers in der Messeraufnahme 5.
Vorstehend beschrieben ist somit ein Schneidkopf, der sowohl kompakter als auch gleichzeitig leichter gebaut werden kann als bekannte Lösungen mit einem Servomotor, den Vorteil einer präzisen Positionssteuerung jedoch behält und sogar aufgrund des Wegfalls einer Übersetzung noch vergrößert.
Bezugszeichenliste

1: Schneidkopf
2: Torquemotor
3: Stator
4: Rotor
5: Messeraufnahme
6: Drehachse
7: Oszillationsantrieb
8: Aussparung

Claims

Schneidkopf für eine Zuschnittmaschine für den Einzel- oder Mehrlagenzuschnitt von flächig gelegtem biegeschlaffem Material, umfassend einen Oszillationsantrieb (7) zur oszillierenden Betätigung eines in einer Messeraufnahme (5) gehaltenen Schneidmessers, sowie einen Stellantrieb zur Drehausrichtung des Schneidmessers um eine Längsachse desselben, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Stellantrieb um einen Torquemotor (2) mit einem Rotor (4) mit innenliegender Aussparung (8) handelt und die Messeraufnahme (5) in dieser innenliegenden Aussparung (8) oder in einer koaxialen Verlängerung derselben angeordnet ist.
Schneidkopf gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehachse (6) des Torquemotors (2) auf der Drehachse des Schneidmessers liegt.
Schneidkopf gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Klinge des Schneidmessers spiegelsymmetrisch geformt ist und die Drehachse des Schneidmessers und eine Schneidkante des Schneidmessers gemeinsam in einer durch die Klinge des Schneidmessers verlaufenden Spiegelebene liegen.
Schneidkopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeraufnahme (5) in dem Oszillationsantrieb (7) angeordnet ist und der Oszillationsantrieb (7) mit dem Rotor (4) des Torquemotors (2) verbunden ist.
Schneidkopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Oszillationsantrieb (7) um einen elektrisch oder hydraulisch oszillierenden Antrieb handelt.
Verwendung eines Torquemotors (2) als Stellantrieb zur Drehausrichtung eines mittels eines Oszillationsantriebs (7) in Hubbewegungen zu versetzenden Schneidmessers.
Verwendung gemäß Anspruch 6 innerhalb eines Schneidkopfs (1) für eine Zuschnittmaschine für den Einzel- oder Mehrlagenzuschnitt von flächig gelegtem biegeschlaffem Material.