DE19753563B4

DE19753563B4 - Schneidvorrichtung für Flachmaterialbahnen

Info

Publication number: DE19753563B4
Application number: DE1997153563
Authority: DE
Original assignee: KURIS WASTEMA MASCHB GmbH; KURIS-WASTEMA MASCHINENBAU GmbH
Current assignee: KURIS-WASTEMA MASCHINENBAU GMBH, 70736 FELLBACH, D
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1997-12-03
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2017-12-04
Also published as: DE19753563A1

Abstract

Schneidvorrichtung für Flachmaterialbahnen, enthaltend einen, von einem Halteelement (112) getragenen, in Längsrichtung und Querrichtung relativ zu der Ebene der Flachmaterialbahn automatisch darüber verfahrbaren Schneidkopf (130), welcher einen Messerhalter (150) aufweist, mittels welchem ein Schneidmesser (140) um eine sich in Messer-Längsrichtung und dabei quer zur Ebene der Flachmaterialbahn sich erstreckende Drehachse (142) drehbar und in Längsrichtung dieser Drehachse (142) antreibbar befestigbar ist, wobei der Schneidkopf (130) mit einer Messerführung (212), einer Sensorvorrichtung (232, 234; 232, 272, 274; 232, 275) und mit einem Niederhalter (216) zum Niederhalten der Flachmaterialbahn versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (216) ein nicht-drehbarer Bestandteil eines nicht-drehbaren Teils (270) des Schneidkopfes (130) ist, dass die Messerführung (212) durch ein Lager (214) an dem nicht-drehbaren Teil (270) drehbar gelagert ist, wobei die Sensorvorrichtung (232, 234; 232, 272; 274; 232, 275) zwischen einem nicht-rotierenden Teil des Lagers (214) und dem nicht-drehbaren Teil (270) des Schneidkopfes (130) angeordnet ist zur...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneidvorrichtung für Flachmaterialbahnen gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine solche Schneidvorrichtung ist aus der DE 28 17 674 A1 bekannt.

Bei dieser bekannten Schneidvorrichtung werden mittels des Sensors seitliche Kräfte, die vom Flachmaterial auf die Klinge des Schneidmessers beim Schneidvorgang übertragen werden, erfaßt und aus den erfaßten seitlichen Kräften Steuersignale abgeleitet, die eine Einstellung der Schneidklingenausrichtung entsprechend den erfaßten Seitenkräften veranlassen. Der zur Erfassung der auf das Schneidmesser wirkenden Kräfte dienende Sensor umfaßt Stellungswandler in Form von linear-variablen Differentialtransformatoren (LVDT), die mit das Schneidmesser führenden Führungsrollen gekoppelt und an einem Andrückfuß angeordnet sind, der sich bei einer Drehbewegung des Schneidmessers mit demselben dreht, also zum mitdrehenden Teil des Schneidkopfs der bekannten Schneidvorrichtung zählt.

Bei der bekannten Schneidvorrichtung steht der Sensor über eine Signalleitung mit einer Steuereinheit der Schneidvorrichtung, die die vorstehend genannten Steuersignale aus den erfaßten Messerkräften ableitet, in Verbindung. Diese Signalleitung muß Schleifkontakte umfassen, um einen auf dem mitdrehenden Teil des Schneidkopfs angeordneten Teil der Signalleitung, der an den Sensor angeschlossen ist, mit einem auf dem nichtdrehenden Teil des Schneidkopfs angeordneten Teil der Signalleitung, der an die Steuereinheit angeschlossen ist, miteinander zu verbinden. Solche Schleifkontakte sind jedoch relativ kostspielig und störungsanfällig.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schneidvorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die Übertragung von Signalen, die der Sensor in Abhängigkeit von einer auf das Schneidmesser wirkenden Kraft erzeugt, von dem Sensor zu der Steuereinheit der Schneidvorrichtung vereinfacht und weniger störanfällig wird.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Dadurch, daß der Sensor zur Erfassung der auf das Schneidmesser wirkenden Kraft an dem nichtdrehenden Teil des Schneidkopfs angeordnet ist, der bei einer Drehbewegung des Schneid messers seine Ausrichtung relativ zu dem Halteelement des Schneidkopfs beibehält, kann auf die Verwendung von Schleifkontakten, insbesondere Schleifringen, vollständig verzichtet werden, da die der auf das Schneidmesser wirkenden Kraft entsprechenden Sensorsignale in dem seine Ausrichtung relativ zu dem Halteelement des Schneidkopfes beibehaltenden nichtdrehenden Teil des Schneidkopfes erzeugt werden und somit keine Übermittlung dieser Signale von dem mitdrehenden Teil des Schneidkopfes auf den nichtdrehenden Teil des Schneidkopfes, der an dem Halteelement gehalten ist, erforderlich ist.

Vorzugsweise ist der Sensor an einem (sich nicht mit dem Schneidmesser mitdrehenden) Stoffdrückerfuß oder Niederhalter des Schneidkopfs angeordnet.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß eine Messerführungseinrichtung des Schneidkopfs drehbar in dem Stoffdrückerfuß oder Niederhalter gelagert ist.

Es kann vorgesehen sein, daß der Sensor unmittelbar in Wirkverbindung mit dem Schneidmesser steht, um die auf das Schneidmesser wirkende Kraft zu erfassen. Insbesondere kann ein beispielsweise optischer, thermischer, kapazitiver oder magnetischer Sensor verwendet werden, der eine Lageveränderung des Schneidmessers aufgrund der auf das Schneidmesser wirkenden Kraft berührungslos erfaßt.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß der Schneidkopf eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen einer auf das Schneidmesser wirkenden Kraft auf den Sensor umfaßt.

Insbesondere kann diese Übertragungseinrichtung ein relativ zu dem nichtdrehenden Teil des Schneidkopfes, an dem der Sensor angeordnet ist, bewegliches Element umfassen. Das Ausmaß der Bewegung dieses beweglichen Elementes relativ zu dem nichtdrehenden Teil des Schneidkopfes stellt dann ein Maß für die auf das Schneidmesser wirkende Kraft dar.

Vorteilhafterweise umfaßt die Übertragungseinrichtung ein Wälzlager, vorzugsweise ein Kugellager, durch das der mitdrehende Teil des Schneidkopfs an dem nichtdrehenden Teil des Schneidkopfs gelagert ist. Das genannte Wälzlager erfüllt in diesem Fall eine Doppelfunktion, da es sowohl der Lagerung des mitdrehenden Teils des Schneidkopfs an dem nichtdrehenden Teil des Schneidkopfs als auch als das verschiebliche Element der Übertragungseinrichtung dient, welches die auf das Schneidmesser wirkende Kraft auf den Sensor überträgt.

Dabei kann vorgesehen sein, daß das Wälzlager unmittelbar den Sensor mit einer vom Schneidmesser übertragenen Kraft beaufschlagt.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, daß das Wälzlager an einem Lagerflansch gehalten ist, der mit dem nichtdrehenden Teil des Schneidkopfs so in Kontakt steht, daß er seine Lage relativ zu dem an dem nichtdrehenden Teil des Schneidkopfs angeordneten Sensor verändern kann.

Zur Art der Bewegung des beweglichen Elements relativ zu dem nichtdrehenden Teil des Schneidkopfes wurden bislang noch keine näheren Angaben gemacht.

So kann vorgesehen sein, daß das bewegliche Element relativ zu dem nichtdrehenden Teil des Schneidkopfes verschieblich ist.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, daß das bewegliche Element relativ zu dem nichtdrehenden Teil des Schneidkopfes kipp- oder schwenkbar ist.

In diesem Fall ist es besonders günstig, wenn der mitdrehende Teil des Schneidkopfes Führungseinrichtungen für das Schneidmesser umfaßt, durch die bei Einwirkung einer Kraft auf das Schneidmesser ein auf das bewegliche Element wirkendes Drehmoment erzeugbar ist. Durch eine geeignete Anordnung der Führungseinrichtungen relativ zu dem Schneidmesser kann dabei erreicht werden, daß nur eine ausgewählte Komponente der auf das Schneidmesser wirkenden Gesamtkraft an der Erzeugung des Drehmomentes beteiligt ist, so daß die Größe dieses Drehmomentes ein Maß für die Größe dieser Komponente darstellt.

Ist beispielsweise vorgesehen, daß die Führungseinrichtungen für das Schneidmesser, durch die ein auf das bewegliche Element wirkendes Drehmoment erzeugbar ist, eine seitliche Führung für das Schneidmesser bilden, so ist das mittels dieser Führungseinrichtungen erzeugte, auf das bewegliche Element wirkende Drehmoment nur von der senkrecht zur Schneidrichtung auf das Schneidmesser wirkenden Querkraft, nicht jedoch von der parallel zur Schneidrichtung auf das Schneidmesser wirkenden Schneidkraft abhängig. Das erzeugte Drehmoment stellt somit direkt ein Maß für die auf das Schneidmesser wirkende Querkraft dar.

Eine Führungseinrichtung, durch die ein lediglich von der auf das Schneidmesser wirkenden Querkraft abhängiges Drehmoment erzeugbar ist, läßt sich in einfacher Weise dadurch realisieren, daß die Führungseinrichtungen mindestens zwei Führungsrollen umfassen, die an einander gegenüberliegenden Flanken des Schneidmessers anliegen und in Längsrichtung des Schneidmessers zueinander versetzt angeordnet sind.

Zur Art des verwendeten Sensors wurden bislang noch keine näheren Angaben gemacht.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfaßt der Sensor einen piezoelektrischen Sensor.

Ein solcher piezoelektrischer Sensor läßt sich in einfacher, wartungsarmer und preiswerter Weise dadurch realisieren, daß der Sensor mindestens einen Abschnitt eines Piezokabels umfaßt.

Ein solches Piezokabel umfaßt eine Innenelektrode, eine Außenelektrode und ein dazwischen angeordnetes Dielektrikum, welches in eine gummielastische Matrix eingebettete piezoelektrische Bereiche, insbesondere Kristalle, enthält. Wird ein solches Kabel quer zu seiner Längsrichtung mit einer mechanischen Spannung beaufschlagt, so verformt sich der Querschnitt des Kabels, was aufgrund der piezoelektrischen Eigenschaften des Dielektrikums zur Ausbildung einer Ladungsdifferenz zwischen der Innenelektrode und der Außenelektrode führt, welche mittels einer elektrischen Auswertungsschaltung erfaßt werden kann.

Alternativ oder ergänzend zu einem piezoelektrischen Sensor kann der Sensor zur Erfassung der auf das Schneidmesser wirkenden Kraft auch mindestens einen Biegebalken umfassen, der bei einer Verschiebung des Schneidmessers aufgrund der auf dasselbe wirkenden Kraft eine Durchbiegung erfährt.

Die Durchbiegung des Biegebalkens kann beispielsweise mittels eines Dehnungsmeßstreifens erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden.

Vorzugsweise umfaßt die Schneidvorrichtung eine Auswertungseinheit zur Verarbeitung mindestens eines von dem Sensor erzeugten Signals.

Um eine die Auswertungseinheit mit dem Sensor verbindende Signalleitung möglichst kurz halten zu können, ist es von Vorteil, wenn zumindest ein Teil der Auswertungseinheit, der die von dem Sensor erzeugten primären Signale verarbeitet, direkt in dem Schneidkopf angeordnet ist. Aufgrund der in diesem Fall realisierbaren kurzen Leitungslängen kann auf eine Abschirmung der den Sensor mit der Auswertungseinheit verbindenden Signalleitung verzichtet werden.

Weitere Teile der Auswertungseinheit können auch außerhalb des Schneidkopfs angeordnet sein.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß der Teil der Auswertungseinheit, der die von dem Sensor erzeugten primären Signale verarbeitet, ausgehend von diesen primären Signalen analoge oder digitale Signale erzeugt, die über geeignete Signalleitungen, beispielsweise ein Datenbus-System, zu weiteren Teilen der Auswertungseinheit, beispielsweise zu einem Bedienrechner, zu einer speicherprogrammierbaren Steuerung und/oder zu einer CNC-Steuerung, weitergeleitet und dort weiterverarbeitet werden können.

Besonders günstig ist es, wenn der Sensor und ein Teil der Auswertungseinheit an dem (nichtdrehenden) Stoffdrückerfuß oder Niederhalter des Schneidkopfs angeordnet sind.

Zur Art der Auswertung der von dem Sensor erzeugten Signale wurden bislang noch keine näheren Angaben gemacht.

Günstig ist es, wenn die Auswertungseinheit ein Abschaltsignal für eine Bewegungseinrichtung des Schneidkopfs und/oder für eine Antriebseinrichtung des Schneidmessers erzeugt, wenn das von dem Sensor erzeugte Signal einen Bruch des Schneidmessers anzeigt. Dadurch werden der Vortrieb des Schneidmessers und/oder eine oszillierende Auf- und Abbewegung des Schneidmessers unmittelbar nach einem Bruch des Schneidmessers angehalten, so daß das Entstehen von Sekundärschäden durch einen weiteren Betrieb der Schneidvorrichtung zuverlässig vermieden werden kann. Solche Sekundärschäden können beispielsweise dadurch entstehen, daß das abgebrochene Schneidmesser nicht mehr in Wirkverbindung mit der Messerführung des Schneidkopfes steht und daher keine Drehbewegung mehr ausführen kann, weshalb das Messer bei einer von der Steuereinheit der Schneidvorrichtung veranlaßten Drehbewegung des mitdrehenden Teils des Schneidkopfs mit an dem mitdrehenden Teil angeordneten Elementen des Schneidkopfs kollidieren kann. Ferner können an einer in dem Schneidkopf vorgesehenen Schleifeinrichtung Schäden entstehen, wenn die Steuereinheit der Schneidvorrichtung einen Schleifvorgang veranlaßt und der zu schleifende Teil des Schneidmessers nicht mehr vorhanden ist.

Das genannte Abschaltsignal kann in einfacher und zuverlässiger Weise erzeugt werden, wenn die Auswertungseinheit so ausgebildet ist, daß sie das Abschaltsignal erzeugt, wenn das von dem Sensor erzeugte Signal eine steile Flanke aufweist. Durch die steile Flanke unterscheidet sich das vom Sensor erzeugte Signal im Falle eines Messerbruchs deutlich von dem langsamer abnehmenden Signal, das der Sensor beim regulären Ausstechen des Schneidmessers, d. h, bei der Bewegung des Schneidmessers aus dem zu schneidenden Flachmaterial heraus in eine obere Ruhestellung des Schneidmessers, erzeugt.

Einem Bruch des Schneidmessers kann in effizienter Weise vorgebeugt werden, wenn die Auswertungseinheit ein Schleifsignal erzeugt, das einen Schleifvorgang für das Schleifmesser mittels einer Schleifeinrichtung auslöst, wenn das von dem Sensor erzeugte Signal eine oberhalb eines Schwellenwerts liegende Kraft auf das Schneidmesser anzeigt. Dadurch wird in effizienter Weise verhindert, daß der Schneidvorgang mit einem stumpf gewordenen Messer fortgesetzt wird, auf das von dem zu schneidenden Material eine größere Schneidkraft ausgeübt wird, welche einen Bruch des Schneidmessers verursachen kann.

Soll die Auswertungseinheit lediglich ein Abschaltsignal für die Schneidvorrichtung im Falle eines Bruchs des Schneidmessers und ein Schleifsignal im Falle einer überhöhten auf das Schneidmesser wirkenden Kraft erzeugen, so reicht es aus, wenn der Sensor so ausgebildet ist, daß er lediglich den Betrag, nicht jedoch die Richtung der auf das Schneidmesser wirkenden Kraft erfaßt. Ein solcher richtungsunabhängiger Sensor kann besonders einfach aufgebaut und preiswert herstellbar sein.

Soll jedoch die aus der auf das Schneidmesser wirkenden Kraft ableitbare Information möglichst vollständig zur Optimierung des Schneidvorgangs ausgenutzt werden, so ist es von Vorteil, wenn der Sensor so ausgebildet ist, daß er die auf das Schneidmesser wirkende Kraft richtungsabhängig erfaßt.

Eine richtungsabhängige Erfassung der auf das Schneidmesser wirkenden Kraft kann insbesondere dadurch realisiert werden, daß der Sensor mehrere Teilsensoren umfaßt, die jeweils eine Komponente der auf das Schneidmesser wirkenden Kraft erfassen. Aus den Signalen der Teilsensoren und aus der Kenntnis der Lage der Teilsensoren relativ zu dem Schneidmesser kann die Auswertungseinheit der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung dann sowohl den Betrag als auch die Richtung der auf das Schneidmesser wirkenden Gesamtkraft ermitteln.

Die Ermittlung der Gesamtkraft aus den Signalen der Teilsensoren gestaltet sich besonders einfach, wenn der Sensor Teilsensoren umfaßt, die die Komponenten der auf das Schneidmesser wirkenden Kraft längs zweier senkrecht zueinander ausgerichteter Koordinatenrichtungen erfassen.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß der Sensor für jede der Koordinatenrichtungen jeweils zwei einander gegenüberliegende Teilsensoren umfaßt.

Wenn der Schneidkopf längs zweier senkrecht zueinander ausgerichteter Koordinatenrichtungen verfahrbar ist, ist es von Vorteil, wenn die Koordinatenrichtungen, längs derer die Teilsensoren die Komponenten der auf das Schneidmesser wirkenden Kraft erfassen, im wesentlichen mit den Koordinatenrichtungen übereinstimmen, längs derer der Schneidkopf verfahrbar ist.

Grundsätzlich können die Koordinatenrichtungen, längs derer die Teilsensoren die Komponenten der auf das Schneidmesser wirkenden Kraft erfassen, jedoch von den Koordinatenrichtungen, längs derer der Schneidkopf verfahrbar ist, verschieden sein.

Zur Charakterisierung des Betriebszustandes des Schneidmessers ist es von besonderem Interesse, einerseits die im wesentlichen parallel zur Schneidrichtung auf das Schneidmesser wirkende Kraftkomponente (Schneidkraft) und andererseits die im wesentlichen senkrecht zur Schneidrichtung auf das Schneidmesser wirkende Kraftkomponente (Querkraft) zu bestimmen.

Vorteilhafterweise ist daher vorgesehen, daß die Schneidvorrichtung eine Verarbeitungseinheit umfaßt, die aus den von den Teilsensoren erfaßten Komponenten der auf das Schneidmesser wirkenden Kraft die im wesentlichen parallel zur Schneidrichtung auf das Schneidmesser wirkende Kraftkomponente (Schneidkraft) ermittelt.

Diese Kraftkomponente kann insbesondere dazu verwendet werden, mit einem oberen Schwellenwert verglichen zu werden, um den Zeitpunkt für einen erforderlichen Schleifvorgang zu bestimmen.

Ferner zeigt ein steiler Abfall dieser Kraftkomponente am zuverlässigsten einen Bruch des Schneidmessers an, so daß sich diese Kraftkomponente besonders zur Auslösung eines Abschaltsignals für die Bewegungseinrichtung des Schneidkopfs und/oder die Antriebseinrichtung des Schneidmessers eignet.

Ferner umfaßt die Schneidvorrichtung vorteilhafterweise eine Verarbeitungseinheit, die aus den von den Teilsensoren erfaßten Komponenten der auf das Schneidmesser wirkenden Kraft eine im wesentlichen senkrecht zur Schneidrichtung auf das Schneidmesser wirkende Kraftkomponente (Querkraft) ermittelt. In Abhängigkeit von der ermittelten Querkraft kann beispielsweise die Vorschubgeschwindigkeit des Schneidkopfes und damit des Schneidmessers durch die Steuereinheit verändert, bei ansteigender Querkraft beispielsweise verringert werden.

Ferner kann vorgesehen sein, daß das Schneidmesser in seine obere Ruheposition angehoben, also "ausgestochen" wird, wenn der Betrag der Querkraft einen oberen Schwellenwert überschreitet.

Ferner kann vorgesehen sein, daß die auf das Schneidmesser wirkende Querkraft durch Gegensteuern vermindert oder kompensiert wird, indem das Schneidmesser durch Betätigen einer Drehantriebseinheit in die der Querkraft entgegengesetzte Richtung verdreht wird.

Insbesondere zu den vorgenannten Zwecken umfaßt die Schneidvorrichtung vorteilhafterweise eine Steuereinheit, die eine vorbestimmte Bewegung des Schneidmessers durch Ausgabe geeigneter Steuersignale an eine Bewegungseinrichtung des Schneidkopfs und an eine Drehantriebseinheit des Schneidmessers steuert, wobei die Steuereinheit so ausgebildet ist, daß sie die für das Schneidmesser vorbestimmte Bewegung hinsichtlich der Bewegungsrichtung und/oder der Bewegungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem von dem Sensor erzeugten Signal modifiziert.

Ferner ist es von Vorteil, wenn der Schneidkopf mindestens zwei Sensoren zur Erfassung einer auf das Schneidmesser wirkenden Kraft aufweist, von denen einer die auf das Schneidmesser wirkende Gesamtkraft und/oder die im wesentlichen parallel zur Schneidrichtung auf das Schneidmesser wirkende Kraftkomponente (Schneidkraft) und ein anderer die im wesentlichen senkrecht zur Schneidrichtung auf das Schneidmesser wirkende Kraftkomponente (Querkraft) erfaßt. Dies ermöglicht es, die zum Erkennen eines Messerbruchs oder eines Nachschleiferfordernisses benötigte Gesamtkraft oder Schneidkraft einerseits und die für die Durchführung von Bahnkorrekturen (sogenannte Messerintelligenz) benötigte Querkraft andererseits direkt und getrennt voneinander zu erfassen. Damit erübrigt es sich, die Größe dieser Kraftkomponenten durch in der Auswertungseinheit durchzuführende Berechnungen auf indirekte Weise zu ermitteln, was die Erfassung dieser Kraftkomponenten und die auf dieser Erfassung beruhende Steuerung vereinfacht.

Die Sensoren können dabei beide als piezoelektrische Sensoren oder als Sensoren mit Biegebalken und Dehnungsmeßstreifen ausgebildet sein. Ferner ist es möglich, einen der Sensoren als piezoelektrischen Sensor und den anderen als Sensor mit Biegebalken und Dehnungsmeßstreifen auszubilden.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen
1 eine perspektivische Darstellung einer Schneidvorrichtung für Flachmaterialbahnen mit einem in einer Längsrichtung und in einer Querrichtung relativ zu dem Flachmaterial verfahrbaren Schneidkopf;
2 einen schematischen Längsschnitt durch einen Antriebs- und Führungsmechanismus für das Schneidmesser des Schneidkopfes einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung mit piezoelektrischem Sensor;
3 einen schematischen Querschnitt durch eine untere Messerführung und einen Niederhalter des Schneidkopfs der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung;
4 einen Querschnitt durch ein Piezokabel eines piezoelektrischen Sensors;
5 ein Blockschaltbild einer Auswertungsschaltung der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung;
6 einen schematischen Längsschnitt ähnlich der 2 durch den Antriebs- und Führungsmechanismus für das Schneidmesser des Schneidkopfs einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung mit Biegebalken und Dehnungsmeßstreifen umfassenden Teilsensoren;
7 einen schematischen Querschnitt ähnlich der 3 durch die untere Messerführung und den Niederhalter der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung;
8 ein Blockschaltbild der Auswertungsschaltung der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung;
9 einen schematischen Querschnitt ähnlich der 7 durch die untere Messerführung und den Niederhalter des Schneidkopfs einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung mit vier piezoelektrischen Teilsensoren; und
10 einen schematischen Längsschnitt durch die untere Messerführung und den Niederhalter des Schneidkopfs einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung mit zwei Messerkraft-Sensoren, mit Blickrichtung parallel zur momentanen Schneidrichtung des Schneidmessers.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Eine in den 1 bis 5 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung umfaßt einen Schneidtisch 102 mit einem Tischgestell 104, welches eine Auflagefläche 106 für zu schneidende Flachmaterialbahnen 108 als Schneidgut aufweist. Die Auflagefläche ist vorzugsweise als eine bei Schneidvorrichtungen übliche Borstenfläche ausgebildet.
An dem Schneidtisch 102, und zwar vorzugsweise an dem Tischgestell 104, welches sich in einer Längsrichtung (X-Richtung) 110 erstreckt, ist eine als Ganzes mit 112 bezeichnete Brücke in der Längsrichtung (X-Richtung) 110 verfahrbar gelagert.
Zu diesem Zweck sind an den Längsseiten des Schneidtischs 102 Seitenträger 114a, 114b angeordnet, welche als Winkelträger mit jeweils einem horizontalen Schenkel 116a, 116b und einem vertikalen Schenkel 118a, 118b ausgebildet sind, wobei unter dem horizontalen Schenkel 116a, 116b jeweils eine Laufschiene 120a, 120b verläuft, welche sich in der Längsrichtung (X-Richtung) 110 erstreckt.
Die Brücke 112 umfaßt einen sich parallel zu einer Querrichtung (Y-Richtung) 122, welche senkrecht zu der Längsrichtung (X-Richtung) 110 verläuft, über die Auflagefläche 106 hinweg erstreckenden Brückenträger 124, welcher auf einer Seite eine auf einer Außenseite des Seitenträgers 114a dessen horizontalen Schenkel 116a nach unten übergreifende Stützplatte 126 trägt, an welcher ein (nicht dargestellter) oberer Rollensatz und ein (nicht dargestellter) unterer Rollensatz drehbar gelagert sind, die auf einer Oberseite bzw. einer Unterseite der diesem Seitenträger 114a zugeordneten Laufschiene 120a abrollen.
Auf einer der Stützplatte 126 gegenüberliegenden Seite trägt der Brückenträger 124 eine auf einer Außenseite des Seitenträgers 114b dessen horizontalen Schenkel 118b nach unten übergreifende Stützplatte 128, an welcher ebenfalls ein (nicht dargestellter) oberer Rollensatz und ein (nicht dargestellter) unterer Rollensatz drehbar gelagert sind, die auf einer Oberseite bzw. einer Unterseite der dem Seitenträger 114b zugeordneten Laufschiene 120b abrollen.
An dem Brückenträger 124 ist ein Schneidkopf 130. in der Querrichtung (Y-Richtung) 122 verfahrbar geführt.
Die Brücke 112 bildet somit ein Halteelement für den Schneidkopf 130.
Zum Verfahren des Schneidkopfs 130 in der Querrichtung (Y-Richtung) 122 längs der Brücke 112 trägt die Brücke 112 einen Querantrieb 132, welcher den Schneidkopf 130 mittels eines Zugelements 134, vorzugsweise eines Zahnriemens, in der Querrichtung (Y-Richtung) 122 bewegt.
Zur Bewegung der Brücke 112 in der Längsrichtung (X-Richtung) 110 sind beiderseits des Tischgestells 104 parallel zu den vertikalen Schenkeln 118a, 118b der Seitenträger 114a, 114b sich in der Längsrichtung (X-Richtung) 110 erstreckende (nicht dargestellte) Zugelemente, vorzugsweise Zahnriemen, angeordnet, die mittels jeweils eines Bügels mit der Stützplatte 126 bzw. der Stützplatte 128 der Brücke 112 verbunden sind. Diese Zugelemente sind über einen gemeinsamen (nicht dargestellten) Längsantrieb antreibbar, so daß die mittels der Bügel fest mit diesen Zugelementen verbundene Brücke 112 in der Längsrichtung (X-Richtung) 110 durch Antreiben dieser Zugelemente verfahrbar ist.
Der an der Brücke 112 verfahrbar gehaltene Schneidkopf 130 umfaßt ein Gehäuse 136, in dem ein nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschriebener Antriebs- und Führungsmechanismus für ein Schneidmesser 140 des Schneidkopfs 130 untergebracht ist.
Wie aus den 2 und 3 zu ersehen ist, weist das Schneidmesser 140 die Form einer sich im wesentlichen längs einer sogenannten C-Achse 142, welche senkrecht zu der Längsrichtung (X-Richtung) 110 und der Querrichtung (Y-Richtung) 122 verläuft, erstreckenden Klinge mit einer in einer Schneidrichtung 141 vorne liegenden scharfen Schneide 143 und einem in Schneidrichtung hinten liegenden stumpfen Messerrücken 144 auf.
An seinem oberen Ende ist das Schneidmesser 140 mittels einer Befestigungsschraube 146 lösbar an einem Messerhaltekopf 148 eines Messerhalters 150 festgelegt.
Der Messerhalter 150 ist an einem oberhalb desselben angeordneten, im wesentlichen zylindrischen Kolben 152, dessen Längsachse mit der C-Achse 142 zusammenfällt, um die C-Achse 142 drehbar gelagert.
Zu diesem Zweck weist der Messerhalter 150 eine Welle 154 auf, die sich von einer Oberseite des Messerhaltekopfes 148 des Messerhalters 150 aus nach oben durch eine zu der C-Achse 142 koaxiale Bohrung 155 des Kolbens 152 erstreckt und in eine Ausnehmung 156 in dem Kolben 152 mündet.
An ihrem dem Messerhaltekopf 148 abgewandten Ende trägt die Welle 154 eine zu derselben koaxiale Lagerscheibe 158, deren Durchmesser den Durchmesser der Bohrung 155 übertrifft und die sich mittels eines die Welle 154 ringförmig umgebenden Wälzlagers 160 auf einer Bodenfläche der Ausnehmung 156 in dem Kolben 152 abstützt.
Ferner stützt sich der Messehaltekopf 148 mittels eines zwischen seiner Oberseite und einer unteren Stirnfläche des Kolbens 152 angeordneten, die Welle 154 ringförmig umgebenden Wälzlagers 162 an dem Kolben 152 ab.
Mittels der Wälzlager 160 und 162 ist der Messerhalter 150 derart an dem Kolben 152 gelagert, daß er relativ zu demselben um die C-Achse 142 drehbar ist, einer axialen Bewegung des Kolbens 152 längs der C-Achse 142 jedoch folgt.
Der Kolben 152 ist in einem Führungszylinder 164 längs der C-Achse 142 verschieblich geführt.
Im oberen Bereich des zylindrischen Kolbens 152 ist eine Pleuelstange 166 angelenkt, welche an ihrem dem Kolben 152 abgewandten Ende an einer ersten Riemenscheibe 168 nahe deren äußeren Umfangs angelenkt ist.
Mittels eines Zahnriemens 170 ist die erste Riemenscheibe 168 zu einer Drehbewegung antreibbar mit einer zweiten Riemenscheibe 172 verbunden, die drehfest auf einer Antriebswelle 174 eines Antriebsmotors 176 für eine Oszillationsbewegung des Schneidmessers 140 angeordnet ist.
Im Betrieb der Schneidvorrichtung 100 versetzt der Antriebsmotor 176 mittels der zweiten Riemenscheibe 172 und des Zahnriemens 170 die erste Riemenscheibe 168 in eine Drehbewegung, welche mittels der exzentrisch an der ersten Riemenscheibe 168 angelenkten Pleuelstange 166 in eine geradlinige Auf- und Abbewegung des Kolbens 152 und damit des Messerhalters 150 längs der C-Achse 142 umgewandelt wird.
Aufgrund dieser Bewegung des Messerhalters 150 führt das Schneidmesser 140 eine oszillierende Auf- und Abbewegung mit einem Hub von ungefähr 2 cm aus.
Der Antriebsmotor 176, die Riemenscheiben 172 und 168, die Pleuelstange 166 und der Kolben 152 bilden somit eine Oszillationsantriebseinheit 177 für das Schneidmesser 140.
Unterhalb des Messerhalters 150 durchsetzt das Schneidmesser 140 eine obere Führungsöffnung 178 in einer dritten Riemenscheibe 180, die koaxial zu der C-Achse 142 angeordnet ist. Zur Führung des Schneidmessers 140 in der oberen Führungsöffnung 178 sind an der dritten Riemenscheibe 180 eine obere hintere Führungsrolle 182 und zwei obere seitliche Führungsrollen 184 drehbar gelagert. Dabei ist die obere hintere Führungsrolle 182 so angeordnet, daß der stumpfe Messerrücken 144 des Schneidmessers 140 tangential an ihrem Umfang anliegt, während die beiden oberen seitlichen Führungsrollen 184 so angeordnet sind, daß jeweils eine der beiden seitlichen Flanken 186 des Schneidmessers 140 tangential am Umfang der jeweils zugeordneten oberen seitlichen Führungsrolle 184 anliegt.
Die dritte Riemenscheibe 180 bildet zusammen mit der oberen hinteren Führungsrolle 182 und den oberen seitlichen Führungsrollen 184 eine obere Messerführung 196 des Schneidmessers 140.
Die dritte Riemenscheibe 180 ist mittels eines Zahnriemens 188 zu einer Drehbewegung um die C-Achse 142 antreibbar mit einer vierten Riemenscheibe 190 verbunden, welche drehfest auf einer Antriebswelle 192 eines Drehantriebsmotors 194 für die Drehbewegung des Schneidmessers 140 um die C-Achse 142 angeordnet ist.
Der Drehantriebsmotor 194 treibt mittels der vierten Riemenscheibe 190 und des Zahnriemens 188 die dritte Riemenscheibe 180 und das in derselben geführte Schneidmesser 140 zu einer Drehung um einen gewünschten Drehwinkel φ bezüglich der C-Achse 142 an.
Der Drehwinkel φ ist dabei definiert als der Winkel zwischen der Längsrichtung (positive X-Richtung) 110 und der Schneidrichtung 141 (siehe 3).
Der Drehantriebsmotor 194, die vierte Riemenscheibe 190 und die obere Messerführung 196 bilden zusammen eine Drehantriebseinheit 197 für das Schneidmesser 140.
Die dritte Riemenscheibe 180 weist eine parallel zur C-Achse 142 verlaufende exzentrische Mitnahmebohrung 198 auf, in der ein sich parallel zur C-Achse 142 erstreckender Mitnahmeausleger 200 mittels eines oder mehrerer Wälzlager 202 parallel zur C-Achse 142 verschieblich geführt ist.
An seiner Unterseite ist der Mitnahmeausleger 200 an der Oberseite einer im wesentlichen kreisscheibenförmigen unteren Messerführungsplatte 204 festgelegt, die im wesentlichen koaxial zu der C-Achse 142 ausgerichtet ist und von einer im wesentlichen kreuzförmigen unteren Führungsöffnu 206 für das Schneidmesser 140 durchsetzt wird (siehe 2 und 3).
Im Bereich der unteren Führungsöffnung 206 sind eine untere hintere Führungsrolle 208 und zwei untere seitliche Führungsrollen 210 drehbar an der Messerführungsplatte 204 gelagert, wobei die untere hintere Führungsrolle 208 so angeordnet ist, daß der stumpfe Messerrücken 144 des Schneidmessers 140 tangential an dem Umfang der unteren hinteren Führungsrolle 208 anliegt, während die beiden unteren seitlichen Führungsrollen 210 so angeordnet sind, daß die seitlichen Flanken 186 des Schneidmessers 140 jeweils tangential an dem Umfang einer der unteren seitlichen Führungsrollen 210 anliegen.
Die untere Messerführungsplatte 204 bildet zusammen mit der unteren hinteren Führungsrolle 208 und den unteren seitlichen Führungsrollen 210 eine untere Messerführung 212 des Schneidmessers 140.
Mittels des Mitnahmeauslegers 200 wird die Drehbewegung der dritten Riemenscheibe 180 auf die Messerführungsplatte 204 übertragen, so daß die untere Messerführung 212 stets denselben Drehwinkel φ bezüglich der C-Achse 142 wie die obere Messerführung 196 und das Schneidmesser 140 einnimmt.
Die Messerführungsplatte 204 ist mittels eines Wälzlagers, beispielsweise eines Kugellagers 214, um die C-Achse 142 drehbar an einem tellerförmigen Niederhalter 216 des Schneidkopfs 130 gelagert.
Der Niederhalter 216 ist wiederum an dem Gehäuse 136 des Schneidkopfs gehalten.
Ein innerer Teil 218 des Kugelkäfigs des Kugellagers 214 ist drehfest mit der Messerführungsplatte 204 verbunden, während ein äußerer Teil 220 des Kugelkäfigs des Kugellagers 214 in bezüglich der C-Achse 142 radialer Richtung verschieblich in einem zwischen der Oberseite des Niederhalters 216 und einem auf dem Niederhalter 216 angeordneten ringförmigen Führungsflansch 222 ausgebildeten ringförmigen Führungskanal 224 geführt ist.
Dabei bildet die Oberseite des Niederhalters 216 eine untere Begrenzungswand, die Unterseite eines horizontalen Schenkels 226 des Führungsflansches 222 eine obere Begrenzungswand und die Innenseite eines vertikalen Schenkels 228 des Führungsflansches 222 eine seitliche Begrenzungswand des Führungskanals 224.
In der seitlichen Begrenzungswand des Führungskanals 224 ist an deren unterem Rand eine ringförmige Ausnehmung 230 ausgebildet, in welcher ein Messerkraftsensor 232 in Form eines das Kugellager 214 ringförmig umgebenden Piezokabels 234 angeordnet ist.
Wie aus 3 zu ersehen ist, durchsetzt ein Ende des Piezokabels 234 eine radiale Durchgangsöffnung 235 in dem ringförmigen Führungsflansch 222 und führt zu einer Auswertungsschaltung 236, die an der Oberseite des Niederhalters 216 angeordnet ist.
Wie aus 4 zu ersehen ist, weist das Piezokabel 234 die Form eines Koaxialkabels mit einer drahtförmigen, elektrisch leitfähigen Innenelektrode 238 und einer dieselbe umgebenden, im wesentlichen hohlzylindrischen, elektrisch leitfähigen Außenelektrode 240 auf, wobei der zwischen der Innenelektrode 238 und der Außenelektrode 240 liegende Bereich mit einem Dielektrikum 242 ausgefüllt ist, welches in eine Matrix aus elektrisch leitfähigem synthetischem Kautschuk eingebettete piezoelektrische Kristalle umfaßt.
Die Außenelektrode 240 des Piezokabels 234 ist von einer Isolationsschicht 244 aus einem elektrisch nicht leitfähigem, gummielastischen Material umgeben.
Das Piezokabel 234 ist flexibel und hinsichtlich seines Querschnitts verformbar.
Wird das Piezokabel 234 mit einer quer zu seiner Längsachse wirkenden mechanischen Spannung beaufschlagt, so entsteht aufgrund der piezoelektrischen Eigenschaften des Dielektrikums 242 eine Ladungsdifferenz zwischen der Innenelektrode 238 und der Außenelektrode 240, deren Betrag von dem Betrag der einwirkenden mechanischen Spannung abhängt.
Die Innenelektrode 238 und die Außenelektrode 240 des Piezokabels 234 sind mit jeweils einem Eingang 246, 248 eines Ladungs-Spannungs-Wandlers 250 der Auswertungsschaltung 236 angeschlossen, deren Aufbau aus dem Blockschaltbild der 5 ersichtlich ist.
Die Auswertungsschaltung 236 kann als integrierte Schaltung ausgebildet oder aus SMD-Bauelementen aufgebaut sein (SMD für "surface mounted device").
Ein Ausgang des Ladungs-Spannungs-Wandlers 250 ist mit einem Eingang einer Verstärker/Filter-Schaltung 252 der Auswertungsschaltung 236 verbunden.
Ein erster Ausgang der Verstärker/Filter-Schaltung 252 ist mit einem Eingang einer Filter/Komparator-Schaltung 254 der Auswertungsschaltung 236 verbunden.
Ein weiterer Ausgang der Verstärker/Filter-Schaltung 252 der Auswertungsschaltung 236 ist über eine Signalleitung 256 mit einem Signaleingang eines Analog-Digital-Wandlers 258 eines außerhalb des Schneidtisches 102 angeordneten Bedienrechners 260 der Schneidvorrichtung 100 verbunden.
Ein Ausgang der Filter/Komparator-Schaltung 254 der Auswertungsschaltung 236 ist über eine flexible Signalleitung 262 mit einer Steuereinheit 264 der Schneidvorrichtung 100, die beispielsweise an der Brücke 112 der Schneidvorrichtung 100 angeordnet sein kann, verbunden.
Mittels der Steuereinheit 264 ist das Schneidmesser 140 entsprechend aus den Flachmaterialbahnen 108 auszuschneidender Konturen 266 verfahrbar. Vorzugsweise werden die Konturen 266 vollautomatisch gesteuert aus den Flachmaterialbahnen 108 ausgeschnitten, wobei die Steuereinheit 264 über (nicht dargestellte) Steuerleitungen entsprechende Steuersignale an den Querantrieb 132 zur Steuerung der Bewegung des Schneidkopfes 130 längs der Querrichtung (Y-Richtung) 122, an den (nicht dargestellten) Längsantrieb zur Steuerung der Bewegung der Brücke 112 längs der Längsrichtung (X-Richtung) 110 und an den Drehantriebsmotor 194 zur Steuerung der Drehbewegung des Schneidmessers 140 um die C-Achse 142 übermittelt.
Zum Zuschneiden der Flachmaterialbahnen 108 ist die an dem Gehäuse 136 des Schneidkopfs 130 gehaltene Oszillationsantriebseinheit 177 zusammen mit dem Messerhalter 150 und dem Schneidmesser 140 längs der C-Achse 142 aus einer oberen Ruhestellung nach unten um ungefähr 10 cm absenkbar, so daß das Schneidmesser 140 zum Schneiden in die Flachmaterialbahnen 108 eintaucht.
Durch die Oszillationsantriebseinheit 177 wird dann eine oszillierende Auf- und Abbewegung des Schneidmessers 140 erzeugt, durch die das Flachmaterial geschnitten wird.
Mittels der Drehantriebseinheit 197 wird ein gewünschter Drehwinkel φ des Schneidmessers 140 eingestellt.
Aufgrund der Kopplung der unteren Messerführung 212 an die Drehantriebseinheit 197 mittels des Mitnahmeauslegers 200 dreht sich die untere Messerführung 212 mit dem Schneidmesser 140 mit, so daß die Mittelebene der unteren hinteren Führungsrolle 208 stets parallel zur Schneidrichtung 141 und die Mittelebenen der unteren seitlichen Führungsrollen 210 stets senkrecht zur Schneidrichtung 141 ausgerichtet sind.
Bei einer Drehung des Schneidmessers 140 um die C-Achse 142 drehen sich der Messerhalter 150, die obere Messerführung 196 und die untere Messerführung 212 zusammen mit dem Schneidmesser 140 relativ zu dem Gehäuse 136 des Schneidkopfs 130 und relativ zu der Brücke 112, an der das Gehäuse 136 gehalten ist, so daß die genannten Teile einen mitdrehenden Teil 268 des Schneidkopfs 130 bilden.
Die Oszillationsantriebseinheit 177, der Niederhalter 216 und das Gehäuse 136 des Schneidkopfs 130 drehen sich hingegen bei einer Drehbewegung des Schneidmessers 140 nicht mit demselben mit, sondern behalten ihre Ausrichtung relativ zu der Brücke 112, an der der Schneidkopf 130 gehalten ist, bei, so daß diese Teile zusammen einen nichtdrehenden Teil 270 des Schneidkopfs 130 bilden.
Der Messerkraftsensor 232 in Form des Piezokabels 234 ist somit an dem nichtdrehenden Teil 270 des Schneidkopfs 130 angeordnet.
Während des Schneidvorgangs übt das zu schneidende Flachmaterial auf das Schneidmesser 140 eine längs der Schneidrichtung 141 gerichtete Schneidkraft F_S und eine senkrecht zu der Schneidrichtung 141 gerichtete Querkraft F_Q aus.
Die Schneidkraft F_S wird durch die in Anlage mit dem Messerrücken 144 befindliche untere hintere Führungsrolle 208 auf die untere Messerführung 212 übertragen. Die Querkraft F_Q wird durch die in Anlage mit den seitlichen Flanken 186 des Schneidmessers 140 befindlichen unteren seitlichen Führungsrollen 210 auf die untere Messerführung 212 übertragen.
Die untere Messerführung 212 erfährt somit eine aus der vektoriellen Addition der Schneidkraft F_S und der Querkraft F_Q resultierende Gesamtkraft F_G und wird in Richtung dieser Gesamtkraft F_G relativ zu dem Niederhalter 216 des Schneidkopfs 130 verschoben.
Aufgrund dieser Verschiebung der unteren Messerführung 212 übt der äußere Teil 220 des Kugelkäfigs des Kugellagers 214 eine mechanische Spannung auf das Piezokabel 234 aus, wodurch zwischen der Innenelektrode 238 und der Außenelektrode 240 des Piezokabels 234 eine von der Größe der Gesamtkraft F_G abhängige Ladungsdifferenz erzeugt wird.
Die so entstandene Ladungsdifferenz wird in dem Ladungs-Spannungs-Wandler 250 der Auswertungsschaltung 236 in ein Spannungssignal gewandelt, welches in der Verstärker/Filter-Schaltung 252 der Auswertungsschaltung 236 verstärkt und gefiltert wird.
Das von der Verstärker/Filter-Schaltung 252 aufbereitete Messerkraftsignal wird der Filter/Komparator-Schaltung 254 zugeführt, welche so ausgebildet ist, daß sie ein Abschaltsignal erzeugt, wenn das Ausgangssignal der Verstärker/Filter-Schaltung 252 eine abfallende Flanke mit einer oberhalb eines Schwellenwertes liegenden Steilheit aufweist. Eine solch steil abfallende Flanke des Messerkraftsignals zeigt einen Bruch des Schneidmessers 140 an und ist aufgrund ihrer Steilheit deutlich von der abfallenden Flanke zu unterscheiden, die mit dem Rückgang der auf das Schneidmesser 140 wirkenden Gesamtkraft F_G beim Ausstechen des Schneidmessers 140, d. h. beim Anheben der Oszillationsantriebseinheit 177, des Messerhalters 150 und des Schneidmessers 140 in die obere Ruheposition zum Unterbrechen des Schneidvorgangs, verbunden ist.
So erfolgt der Rückgang des Messerkraftsignals auf null im Falle eines Messerbruchs typischerweise innerhalb von ungefähr 100 μs, im Falle des Ausstechens hingegen innerhalb eines Zeitraums in der Größenordnung von 100 ms.
Das ggf. von der Filter/Komparator-Schaltung 254 erzeugte Abschaltsignal wird über die Signalleitung 262 an die Steuereinheit 264 übermittelt und löst eine sofortige Stillsetzung der Schneidvorrichtung 100, d. h. ein Anhalten des Längsantriebs, des Querantriebs 132, der Drehantriebseinheit 197 und der Oszillationsantriebseinheit 177 sowie die Ausgabe einer Fehlermeldung aus.
Das von der Verstärker/Filter-Schaltung 252 aufbereitete Messerkraftsignal wird ferner über die Signalleitung 256 dem Analog/Digital-Wandler 258 zugeführt und von demselben in einen von dem Bedienrechner 260 verarbeitbaren digitalen Wert gewandelt.
Der Bedienrechner 260 vergleicht den digitalen Wert der Messerkraft mit einem festgelegten oberen Schwellenwert für diese Messerkraft. Falls dieser Schwellenwert der Messerkraft überschritten wird, was eine stumpf gewordene Schneide des Schneidmessers 140 anzeigt, gibt der Bedienrechner 260 über eine Signalleitung 265 ein Nachschleifsignal an die Steuereinheit 264 aus. Aufgrund dieses Nachschleifsignals hält die Steuereinheit 264 den Längsantrieb, den Querantrieb 132, die Drehantriebseinheit 197 und die Oszillationsantriebseinheit 177 an. Anschließend werden die Oszillationsantriebseinheit 177, der Messerhalter 150 und das Schneidmesser 140 in die obere Ruhestellung angehoben, und eine (nicht dargestellte) Schleifeinrichtung wird aktiviert, um die Schneide 143 des Schneidmessers 140 zu schleifen.
Nach Abschluß des Schleifvorganges wird das Schneidmesser 140 wieder eingestochen, d. h. die Oszillationsantriebseinheit 177, der Messerhalter 150 und das Schneidmesser 140 werden in die untere Arbeitsstellung gebracht, um den Schneidvorgang fortzusetzen.
Eine zweite, in den 6 bis 8 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung 100 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform lediglich hinsichtlich der Art des verwendeten Messerkraftsensors und des Aufbaus der Auswertungsschaltung.
Wie aus den 6 und 7 ersichtlich, umfaßt der Messerkraftsensor 232 der zweiten Ausführungsform kein Piezokabel, sondern statt dessen vier Biegebalken 272, beispielsweise aus Stahl, die in einem Winkelabstand von jeweils 90° bezüglich der C-Achse 142 so in dem Führungskanal 224 des Niederhalters 216 des Schneidkopfes 130 angeordnet sind, daß sie jeweils tangential an dem äußeren Teil 220 des Kugelkäfigs des Kugellagers 214, mittels dessen die untere Messerführung 212 an dem Niederhalter 216 drehbar gelagert ist, anliegen. Die Enden jedes der Biegebalken 272 sind in dem vertikalen Schenkel 228 des Führungsflansches 222 ausgebildete Ausnehmungen eingepaßt und dadurch an dem Führungsflansch 222 gehalten.
Auf seiner dem Kugellager 214 abgewandten Seite trägt jeder der Biegebalken 272 einen sich in Längsrichtung des Biegebalkens 272 erstreckenden Dehnungsmeßstreifen 274 (siehe 7).
Jeweils einer der Biegebalken 272 bildet zusammen mit dem darauf angeordneten Dehnungsmeßstreifen einen Teilsensor 275 des Messerkraftsensors 232.
Jeder der Dehnungsmeßstreifen 274 ist mittels einer Signalleitung 276 mit einer an dem Niederhalter 216 des Schneidkopfs 130 angeordneten Auswertungsschaltung 278, deren Aufbau schematisch in dem Blockschaltbild der 8 dargestellt ist, verbunden.
Die Auswertungsschaltung 278 kann als integrierte Schaltung ausgebildet oder aus SMD-Bauelementen aufgebaut sein.
Die Auswertungsschaltung 278 der zweiten Ausführungsform der Schneidvorrichtung 100 umfaßt eine Verstärker/Filter-Schaltung 280, in der die von den Dehnungsmeßstreifen 274 kommenden Signale getrennt voneinander verstärkt und gefiltert werden, und eine Verknüpfungsschaltung 282, in der die den Dehnungsmeßstreifen 274 zugeordneten Signale auf im folgenden noch näher beschriebene Weise miteinander verknüpft werden. Ferner ist ein Eingang der Verknüpfungsschaltung 282 über eine Signalleitung 284 mit einem Ausgang eines Digital/ Analog-Wandlers 286 des Bedienrechners 260 verbunden.
Ferner umfaßt die Auswertungsschaltung 278 eine Filter/Verstärker/Komparator-Schaltung 288.
Ein erster Ausgang der Filter/Verstärker/Komparator-Schaltung 288 ist über eine Signalleitung 290 mit einem Eingang des Analog/Digital-Wandlers 258 des Bedienrechners 260 verbunden.
Ein zweiter Ausgang der Filter/Verstärker/Komparator-Schaltung 288 ist über eine Signalleitung 292 mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung 294 verbunden.
Ein dritter Ausgang der Filter/Verstärker/Komparator-Schaltung 288 ist über eine Signalleitung 296 mit einem Eingang einer CNC-Bahnsteuerung 298 verbunden.
Die speicherprogrammierbare Steuerung 294 und die CNC-Bahnsteuerung 298 bilden zusammen die Steuereinheit 264 der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung 100.
Diese zweite Ausführungsform erlaubt es im Unterschied zur ersten Ausführungsform, außer dem Betrag der auf das Schneidmesser 140 wirkenden Kraft F_G auch deren Richtung zu bestimmen und somit die einzelnen Komponenten der Messerkraft, nämlich die Schneidkraft F_S und die Querkraft F_Q zu ermitteln.
Die genannten Komponenten der Messerkraft werden bei der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung 100 wie folgt ermittelt:
Die während des Schneidvorgangs von dem Flachmaterial auf das Schneidmesser 140 ausgeübte Gesamtkraft F_G weist eine Kompo nente F_x in der Längsrichtung (X-Richtung) 110 und eine Komponente F_y in der Querrichtung (Y-Richtung) 122 auf.
Die Komponente F_x bewirkt eine Verschiebung der unteren Messerführung 212 relativ zu dem Niederhalter 216 längs der Längsrichtung (X-Richtung) 110, wodurch der senkrecht zu der Längsrichtung (X-Richtung) 110 sich erstreckende, in der Schneidrichtung 141 hinter dem Schneidmesser 140 angeordnete Biegebalken 272a belastet und der gegenüberliegende, sich ebenfalls senkrecht zu der Längsrichtung (X-Richtung) 110 erstreckende, in Schneidrichtung vor dem Schneidmesser 140 angeordnete Biegebalken 272b entlastet wird. Aufgrund der Belastung des Biegebalkens 272a biegt sich derselbe stärker durch, so daß sich der auf dem Biegebalken 272a angeordnete Dehnungsmeßstreifen 274a dehnt, was durch eine entsprechende Veränderung des über die Signalleitung 276a an die Verstärker/Filter-Schaltung 280 übermittelten Signals angezeigt wird.
Aufgrund der Entlastung des Biegebalkens 272b verringert sich dessen Durchbiegung, so daß sich der auf dem Biegebalken 272b angeordnete Dehnungsmeßstreifen 274b verkürzt, was durch eine entsprechende Änderung des durch die Signalleitung 276b an die Verstärker/Filter-Schaltung 280 übermittelten Signals angezeigt wird.
In entsprechender Weise bewirkt die längs der Querrichtung (Y-Richtung) 122 wirkende Komponente F_y der Messerkraft eine Belastung des Biegebalkens 272c und eine Entlastung des gegenüberliegenden Biegebalkens 272d, welche zu der Kraftkomponente F_y entsprechenden Änderungen der über die Signalleitungen 276c bzw. 276d an die Verstärker/Filter-Schaltung 280 übermittelten Signale führen.
In der Verstärker/Filter-Schaltung 280 der Auswertungsschaltung 278 werden die über die Signalleitungen 276 übermittelten Signale verstärkt und gefiltert und an die Verknüpfungsschaltung 282 der Auswertungsschaltung 278 weitergeleitet.
Ferner erhält die Verknüpfungsschaltung 282 über die Signalleitung 284 und den Digital/Analog-Wandler 286 von dem Bedienrechner 260 ein analoges Signal, das dem momentanen Drehwinkel φ des Schneidmessers 140 bezüglich der C-Achse 142 entspricht.
Die Verknüpfungsschaltung 282 erzeugt aus den den Dehnungsmeßstreifen 274 zugeordneten Eingangssignalen und dem den momentanen Drehwinkel anzeigenden Eingangssignal vom Bedienrechner 260 ein erstes Ausgangssignal, das der auf das Schneidmesser 140 wirkenden Schneidkraft F_S entspricht, wobei davon Gebrauch gemacht wird, daß gilt: FS = Fx cos φ + Fy sin φ.
Ferner erzeugt die Verknüpfungsschaltung 282 ein zweites Ausgangssignal, das der auf das Schneidmesser 140 wirkenden Querkraft F_Q entspricht, wobei davon Gebrauch gemacht wird, daß gilt: FQ = Fx sin φ – Fy cos φ.
Das erste und das zweite Ausgangssignal der Verknüpfungsschaltung 282 werden an die Filter/Verstärker/Komparator-Schaltung 288 der Auswertungsschaltung 278 übermittelt.
Die Filter/Verstärker/Komparator-Schaltung 288 erzeugt ein erstes Ausgangssignal, das der Schneidkraft F_S entspricht, und ein zweites Ausgangssignal, das der Querkraft F_Q entspricht. Diese beiden Ausgangssignale werden über die Signalleitung 290 an den Eingang des Analog/Digital-Wandlers 258 des Bedienrechners 260 übermittelt.
Der Analog/Digital-Wandler 258 erzeugt aus diesen Signalen digitale Werte für die Schneidkraft F_S und die Querkraft F_Q, die auf den Bildschirm des Bedienrechners 260 ausgegeben werden.
Ferner vergleicht der Bedienrechner 260 den Wert der Schneidkraft F_S mit einem oberen Schwellenwert. Überschreitet die momentane Schneidkraft F_S diesen Schwellenwert, so gibt der Bedienrechner 260 über die Signalleitung 265 ein Schleifsignal an die speicherprogrammierbare Steuerung 294 der Steuereinheit 264 aus. Dieses Schleifsignal veranlaßt die Steuereinheit 264, den Längsantrieb, den Querantrieb 132, die Drehantriebseinheit 197 und die Oszillationsantriebseinheit 177 anzuhalten, die Oszillationsantriebseinheit 177, den Messerhalter 150 und das Schneidmesser 140 in die obere Ruhestellung zu bringen und die Schleifeinrichtung des Schneidmessers 140 zu aktivieren, um die Schneide 143 des Schneidmessers 140 zu schärfen. Nach Abschluß des Schleifvorgangs werden die Oszillationsantriebseinheit 177, der Messerhalter 150 und das Schneidmesser 140 wieder in die untere Arbeitsstellung abgesenkt, und der Schneidvorgang wird fortgesetzt.
Ferner erzeugt die Filter/Verstärker/Komparator-Schaltung 288 der Auswertungsschaltung 278 ein Abschaltsignal, wenn das der Schneidkraft F_S entsprechende Ausgangssignal der Verknüpfungsschaltung 282 eine abfallende Flanke mit einer oberhalb eines Schwellenwertes liegenden Steilheit aufweist. Eine solch steil abfallende Flanke des Schneidkraftsignals zeigt einen Bruch des Schneidmessers 140 an.
Das von der Filter/Verstärker/Komparator-Schaltung 288 erzeugte Abschaltsignal wird über die Signalleitung 292 an die speicherprogrammierbare Steuerung 294 der Steuereinheit 264 übermittelt und löst eine sofortige Stillsetzung der Schneidvorrichtung 100, d. h. ein Anhalten des Längsantriebs, des Querantriebs 132, der Drehantriebseinheit 197 und der Oszillationsantriebseinheit 177 sowie die Ausgabe einer Fehlermeldung aus.
Schließlich erzeugt die Filter/Verstärker/Komparator-Schaltung 288 ein analoges Ausgangssignal, das der Querkraft F_Q entspricht. Dieses analoge Ausgangssignal wird über die Signalleitung 296 an die CNC-Bahnsteuerung 298 der Steuereinheit 264 übermittelt und von derselben zu Korrekturen der Bahn des Schneidmessers 140 verwendet.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die Vorschubgeschwindigkeit des Schneidkopfes 130 und damit des Schneidmessers 140 in Abhängigkeit von der Querkraft F_Q verändert, bei ansteigender Querkraft F_Q beispielsweise verringert wird.
Ferner kann vorgesehen sein, daß das Schneidmesser 140 in die obere Ruhestellung angehoben, also "ausgestochen" wird, wenn der Betrag der Querkraft F_Q einen Schwellenwert überschreitet.
Ferner kann vorgesehen sein, daß die auf das Schneidmesser 140 wirkende Querkraft F_Q durch Gegensteuern vermindert oder kompensiert wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß das Schneidmesser 140 durch Betätigen der Drehantriebseinheit 197 in die der Querkraft F_Q entgegengesetzte Richtung verdreht wird.
Im übrigen stimmt die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der ersten Ausführungsform überein, auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 9 dargestellte dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung 100 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform lediglich dadurch, daß die den Messerkraftsensor 232 bildenden Teilsensoren 275 keine Biegebalken mit Dehnungsmeßstreifen, sondern statt dessen sich jeweils über einen Sektor von ungefähr 90° um die C-Achse 142 erstreckende Piezokabelabschnitte 300 umfassen. Diese Piezokabelabschnitte 300 sind ebenso wie das Piezokabel 234 der ersten Ausführungsform in einer ringförmigen Ausnehmung 230 in dem vertikalen Schenkel 228 des Führungsflansches 222 des Niederhalters 216 angeordnet. Ferner entspricht der Aufbau der Piezokabelabschnitte 300 dem des vorstehend beschriebenen und in 4 dargestellten Piezokabels 234.
Zwischen den Innenelektroden 238 und den Außenelektroden 240 wird daher eine Ladungsdifferenz erzeugt, wenn der betreffende Piezokabelabschnitt 300 durch das Kugellager 214 mit einer mechanischen Spannung beaufschlagt wird.
Zwei einander gegenüberliegende Piezokabelabschnitte 300a und 300b sind dabei so angeordnet, daß sie bei einer Verschiebung der unteren Messerführung 212 längs der Längsrichtung (X-Richtung) 110 mit einer mechanischen Spannung beaufschlagt werden. Die zwei übrigen, ebenfalls einander gegenüberliegenden Piezokabelabschnitte 300c und 300d sind so angeordnet, daß sie bei einer Verschiebung der unteren Messerführung 212 längs der Querrichtung (Y-Richtung) 122 mit einer mechanischen Spannung beaufschlagt werden.
Folglich erzeugen die Piezokabelabschnitte 300a und 300b Ladungsdifferenzsignale, die der Komponente F_x in der Längsrichtung (X-Richtung) 110 der auf das Schneidmesser 140 wirkenden Gesamtkraft F_G entsprechen, während die Piezokabelabschnitte 300c und 300d Ladungsdifferenzen erzeugen, die der Komponente F_y in der Querrichtung (Y-Richtung) 122 der Gesamtkraft F_G entsprechen.
Die Piezokabelabschnitte 300 sind ebenso wie die Dehnungsmeßstreifen 274 der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung 100 über Signalleitungen 276 an jeweils einen Eingang einer Verstärker/Filter-Schaltung 280 einer an dem Niederhalter 216 angeordneten Auswertungsschaltung 278 angeschlossen. Um die von den Piezokabelabschnitten 300 erzeugten Ladungsdifferenzen verarbeiten zu können, umfaßt die Verstärker/Filter-Schaltung 280 der dritten Ausführungsform, ebenso wie bei der ersten Ausführungsform, Ladungs-Spannungs-Wandler.
Im übrigen stimmt die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform überein, auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 10 dargestellte vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung 100 unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungs formen hinsichtlich der Ausgestaltung der unteren Messerführung, hinsichtlich der Art der Übertragung der auf das Schneidmesser wirkenden Kraft auf den Sensor und hinsichtlich der Anzahl der verwendeten Sensoren.
Wie aus 10 zu ersehen ist, umfaßt die untere Messerführung 212 der vierten Ausführungsform einen im wesentlichen zylindrischen unteren Messerführungskörper 310, der im we- sentlichen koaxial zu der C-Achse 142 ausgerichtet ist und von einer im wesentlichen kreuzförmigen unteren Führungsöffnung (nicht dargestellt) für das Schneidmesser 140 durchsetzt wird.
An der Oberseite des unteren Messerführungskörpers 310 ist ein (nicht dargestellter) Mitnahmeausleger festgelegt, der in der bereits im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform der Schneidvorrichtung 100 beschriebenen Weise mit der dritten Riemenscheibe 180 zusammenwirkt, um die untere Messerführung 212 um die C-Achse 142 zu drehen.
Im Bereich der unteren Führungsöffnung 206 sind eine erste untere linke Führungsrolle 210a und eine zweite untere linke Führungsrolle 210b drehbar an dem Messerführungskörper 310 gelagert, wobei diese unteren linken Führungsrollen 210a und 210b so angeordnet sind, daß die (in der Schneidrichtung 141 gesehen) linke Flanke 186a des Schneidmessers 140 tangential an dem Umfang jeder der unteren linken Führungsrollen 210a, 210b anliegt, und wobei die zweite untere linke Führungsrolle 210b oberhalb der ersten unteren linken Führungsrolle 210a angeordnet ist.
Ferner sind im Bereich der unteren Führungsöffnung eine erste untere rechte Führungsrolle 210c und eine zweite untere rechte Führungsrolle 210d drehbar an dem Messerführungskörper 310 gelagert, wobei die unteren rechten Führungsrollen 210c und 210d so angeordnet sind, daß die (in der Schneidrichtung 141 gesehen) rechte Flanke 186b des Schneidmessers 140 jeweils tangential an dem Umfang jeder der unteren rechten Führungsrollen 210c, 210d anliegt, und wobei die zweite untere rechte Führungsrolle 210d oberhalb der ersten unteren rechten Führungsrolle 210c angeordnet ist.
Ferner ist im Bereich der unteren Führungsöffnung eine (nicht dargestellte) untere hintere Führungsrolle drehbar an dem Messerführungskörper 310 gelagert, wobei die untere hintere Führungsrolle so angeordnet ist, daß der stumpfe Messerrücken des Schneidmessers 140 tangential an dem Umfang der unteren hinteren Führungsrolle anliegt.
Der untere Messerführungskörper 310 bildet zusammen mit der unteren hinteren Führungsrolle und den unteren linken Führungsrollen 210a und 210b sowie den unteren rechten Führungsrollen 210c und 210d die untere Messerführung 212 des Schneidmessers 140.
Mittels des Mitnahmeauslegers wird die Drehbewegung der dritten Riemenscheibe auf den Messerführungskörper 310 übertragen, so daß die untere Messerführung 212 stets denselben Drehwinkel φ bezüglich der C-Achse 142 wie die obere Messerführung und das Schneidmesser 140 einnimmt.
Der Messerführungskörper 310 ist mittels eines Wälzlagers, beispielsweise eines Kugellagers 214, um die C-Achse 142 drehbar an dem tellerförmigen Niederhalter 216 des Schneidkopfs 130 gelagert, welcher wiederum drehfest an dem Gehäuse des Schneidkopfs gehalten ist.
Ein innerer Teil des Kugelkäfigs des Kugellagers 214 ist drehfest mit dem Messerführungskörper 310 verbunden, während ein äußerer Teil des Kugelkäfigs des Kugellagers 214 an einem den Messerführungskörper 310 ringförmig umgebenden Lagerflansch 312 gehalten ist.
Der ringförmige Lagerflansch 312 taucht mit seinem äußeren Rand in eine ringförmige Ausnehmung 314 an der Innenseite eines ringförmigen Führungsflansches 318 ein, welcher mittels mehrerer Schrauben 320, von denen in 10 eine dargestellt ist und die den Führungsflansch 318 parallel zur C-Achse 142 durchsetzende Durchgangsbohrungen durchgreifen, an dem tellerförmigen Niederhalter 216 festgelegt ist.
Unterhalb der ringförmigen Ausnehmung 314 ist an der Oberseite des Niederhalters 216 eine ringförmige Rille 322 mit einem im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt ausgebildet, in der ein erster Messerkraftsensor 232a angeordnet ist, der, wie der Messerkraftsensor der in 9 dargestellten dritten Ausführungsform der Schneidvorrichtung 100, aus vier Teilsensoren 275 gebildet ist, welche sich jeweils über einen Sektor von ungefähr 90° um die C-Achse 142 erstreckende Piezokabelabschnitte 300 umfassen. Der Aufbau dieser Piezokabelabschnitte 300 entspricht dem des vorstehend beschriebenen und in 4 dargestellten Piezokabels 234.
Der ringförmige Lagerflansch 312 liegt mit seiner Unterseite auf den vier Piezokabelabschnitten 300 auf und wird durch die gummiartige Elastizität der Piezokabelabschnitte 300 nach oben gegen eine obere Begrenzungswand der ringförmigen Ausnehmung 314 in dem Führungsflansch 318 vorgespannt.
Ferner ist an der Außenseite des Lagerflansches 312 eine weitere ringförmige Ausnehmung 322 ausgebildet, in welcher ein zweiter Messerkraftsensor 232b in Form eines den Lagerflansch 312 ringförmig umgebenden Piezokabels 234 angeordnet ist. Der Aufbau des Piezokabels 234 entspricht dem bereits im Zusammenhang mit 4 beschriebenen Aufbau.
Wie aus 10 zu ersehen ist, durchsetzt ein Ende des Piezokabels 234 eine radiale Durchgangsöffnung 235 in dem ringförmigen Führungsflansch 318. Dieses Ende des Piezokabels führt zu einer (in 10 nicht dargestellten) Gesamtkraft-Auswertungsschaltung, die der in 5 dargestellten und in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Auswertungsschaltung 236 entspricht.
Auch die Enden der Piezokabelabschnitte 300 des ersten Sensors 232a durchsetzen jeweils eine radiale Durchgangsöffnung 235 in dem ringförmigen Führungsflansch 318 und sind an jeweils einen Eingang einer Querkraft-Auswertungsschaltung angeschlossen, die im wesentlichen der in 8 dargestellten und im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung 100 beschriebenen Auswertungsschaltung 278 entspricht.
Im Betrieb der vierten Ausführungsform der Schneidvorrichtung 100 wird die von dem zu schneidenden Material auf das Schneidmesser 140 ausgeübte Gesamtkraft F_G mittels der unteren hinteren Führungsrolle und mittels der unteren linken Führungsrollen 210a, 210b sowie der unteren rechten Führungsrollen 210c, 210d auf den Messerführungskörper 310 übertragen. Dies führt zu einer Verschiebung des Messerführungskörpers 310 und damit des Lagerflansches 312 in radialer Richtung relativ zu dem Niederhalter 216, wodurch das Piezokabel 234 des zweiten Sensors 232b, das zwischen dem Lagerflansch 312 und dem fest mit dem Niederhalter 216 verbundenen Führungsflansch 318 angeordnet ist, mit einer mechanischen Spannung beaufschlagt wird, so daß zwischen der Innenelektrode 238 und der Außenelektrode 240 des Piezokabels 234 eine von der Größe der Gesamtkraft F_G abhängige Ladungsdifferenz erzeugt wird.
Die so entstandene Ladungsdifferenz wird in der Gesamtkraft-Auswertungsschaltung in der bereits beschriebenen Weise in ein Spannungssignal gewandelt, das die auf das Schneidmesser 140 wirkende Gesamtkraft angibt und auf dessen Grundlage im Falle eines Messerbruchs die sofortige Stillsetzung der Schneidvorrichtung 100 und im Falle einer Überschreitung eines oberen Schwellenwerts für die Gesamtkraft ein Nachschleifvorgang für das Schneidmesser 140 ausgelöst wird.
Da das Schneidmesser 140 an dem Messerhalter 150 (vergleiche 2) festgelegt ist, wird das Schneidmesser 140 ferner aufgrund der auf dasselbe wirkenden Querkraft, d. h. aufgrund der auf das Schneidmesser senkrecht zur Schneidrichtung wirkenden Kraftkomponente F_Q der Gesamtkraft, aus der Richtung der C-Achse 142 gekippt. Dies führt dazu, daß auf ein Paar einander diagonal an dem Schneidmesser 140 gegenüberliegender unterer seitlicher Führungsrollen ein Paar einander entgegengesetzt gerichteter, betragsmäßig gleich großer Kräfte wirkt.
Ist beispielsweise, wie in 10 dargestellt, die auf das Schneidmesser 140 wirkende Querkraft nach links gerichtet, so wirkt auf die erste untere linke Führungsrolle 210a und auf die zweite untere rechte Führungsrolle 210d ein Paar von Kräften F₁ (nach links) bzw. F₂ (nach rechts).
Da die erste untere linke Führungsrolle 210a unterhalb des oberen Randes des Lagerflansches 312 an dem Messerführungskörper 310 gelagert ist und die zweite untere rechte Führungsrolle 210d oberhalb des oberen Randes des Lagerflansches 312 an dem Messerführungskörper 310 gelagert ist, wirkt somit auf die untere Messerführung 212 ein solches Drehmoment bezüglich einer Schwenkachse, die links von dem Schneidmesser 140 durch die an dem Führungsflansch 318 anliegende obere Außenkante des Lagerflansches 312 verläuft, daß die untere Messerführung 212 und damit der Lagerflansch 312 um diese Schwenkachse (in der Darstellung der 10) im Uhrzeigersinn nach unten geschwenkt wird.
Wirkt also auf das Schneidmesser 140 eine (in Schneidrichtung gesehen) nach links gerichtete Kraft, so drückt der Lagerflansch 312 von oben gegen einen Piezokabelabschnitt 300 eines rechts von dem Schneidmesser 140 angeordneten Teilsensors 275 des ersten Sensors 232a. Der so mit einer mechanischen Spannung beaufschlagte Piezokabelabschnitt 300 erzeugt ein Ladungsdifferenzsignal, das der auf das Schneidmesser 140 wirkenden Querkraft F_Q proportional ist, von der auf das Schneidmesser 140 wirkenden Schneidkraft F_S, d. h. der im wesentlichen parallel zur Schneidrichtung auf das Schneidmesser 140 wirkenden Kraftkomponente, jedoch unabhängig ist.
Das Ladungsdifferenzsignal des auf der der Schwenkachse der unteren Messerführung 212 gegenüberliegenden Seite des Schneidmessers 140 angeordneten Teilsensors 275 kann somit unmittelbar dazu verwendet werden, den Betrag der Querkraft F_Q zu bestimmen, ohne daß diese Querkraft indirekt aus der richtungsabhängig bestimmten Gesamtkraft F_G und dem momentanen Drehwinkel φ des Schneidmessers 140 ermittelt werden müßte.
In entsprechender Weise erzeugt der links von dem Schneidmesser 140 angeordnete Teilsensor 275 des ersten Sensors 232a ein dem Betrag der Querkraft F_Q entsprechendes Ladungsdifferenzsignal, wenn die Querkraft auf das Schneidmesser 140 (in Schneidrichtung gesehen) nach rechts gerichtet ist.
Daraus, welcher der vier Teilsensoren 275 des ersten Sensors 232a ein Ladungsdifferenzsignal erzeugt, kann daher auf die Richtung der auf das Schneidmesser 140 wirkenden Querkraft F_Q geschlossen werden.
Das von der Querkraft-Auswertungsschaltung erzeugte, der Querkraft F_Q entsprechende Ausgangssignal wird über eine Signalleitung an die CNC-Bahnsteuerung der Steuereinheit der Schneidvorrichtung 100 übermittelt und von derselben zu Korrekturen der Bahn des Schneidmessers 140 verwendet.
Im übrigen stimmt die vierte Ausführungsform der Schneidvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen überein.

Claims

Schneidvorrichtung für Flachmaterialbahnen, enthaltend einen, von einem Halteelement (112) getragenen, in Längsrichtung und Querrichtung relativ zu der Ebene der Flachmaterialbahn automatisch darüber verfahrbaren Schneidkopf (130), welcher einen Messerhalter (150) aufweist, mittels welchem ein Schneidmesser (140) um eine sich in Messer-Längsrichtung und dabei quer zur Ebene der Flachmaterialbahn sich erstreckende Drehachse (142) drehbar und in Längsrichtung dieser Drehachse (142) antreibbar befestigbar ist, wobei der Schneidkopf (130) mit einer Messerführung (212), einer Sensorvorrichtung (232, 234; 232, 272, 274; 232, 275) und mit einem Niederhalter (216) zum Niederhalten der Flachmaterialbahn versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (216) ein nicht-drehbarer Bestandteil eines nicht-drehbaren Teils (270) des Schneidkopfes (130) ist, dass die Messerführung (212) durch ein Lager (214) an dem nicht-drehbaren Teil (270) drehbar gelagert ist, wobei die Sensorvorrichtung (232, 234; 232, 272; 274; 232, 275) zwischen einem nicht-rotierenden Teil des Lagers (214) und dem nicht-drehbaren Teil (270) des Schneidkopfes (130) angeordnet ist zur Übertragung und zum Erfassen der auf das Schneidmesser (140) quer zur Drehachse (142) wirkenden Kräfte.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (214) ein Wälzlager umfaßt.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager unmittelbar die Sensorvorrichtung (232, 234; 232, 272, 274; 232, 275) mit einer vom Schneidmesser (140) übertragenen Kraft beaufschlagt.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager an einem Lagerflansch (312) gehalten ist, der mit dem nichtdrehenden Teil (270) des Schneidkopfs (130) in Kontakt steht.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (214) relativ zu dem nichtdrehenden Teil (270) des Schneidkopfes (130) verschieblich ist.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (214) relativ zu dem nichtdrehenden Teil (270) des Schneidkopfes (130) kipp- oder schwenkbar ist.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare Teil (268) des Schneidkopfes (130) Führungseinrichtungen (210a, 210b, 210c, 210d) für das Schneidmesser (140) umfaßt, durch die bei Einwirkung einer Kraft auf das Schneidmesser (140) ein auf das Lager (214) wirkendes Drehmoment erzeugbar ist.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtungen (210a, 210b, 210c, 210d) mindestens zwei Führungsrollen umfassen, die an einander gegenüberliegenden Flanken (186a, 186b) des Schneidmessers (140) anliegen und in Längsrichtung des Schneidmessers (140) zueinander versetzt angeordnet sind.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (232) einen piezoelektrischen Sensor (234; 300) umfasst.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (232) mindestens einen Abschnitt eines Piezokabels (234; 300) umfasst.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (232) mindestens einen Biegebalken (272) umfasst.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (232) mindestens einen Dehnungsmeßstreifen (274) umfasst.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidvorrichtung (100) eine Auswertungseinheit (236, 260; 278, 260) zur Verarbeitung mindestens eines von der Sensorvorrichtung (232) erzeugten Signals umfasst.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil (236; 278) der Auswertungseinheit in dem Schneidkopf (130) angeordnet ist.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (232) und ein Teil (236; 278) der Auswertungseinheit an dem Niederhalter (216) des Schneidkopfes (130) angeordnet sind.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (236, 260; 278, 260) ein Abschaltsignal für eine Bewegungseinrichtung des Schneidkopfs (130) und/oder für eine Antriebseinrichtung (177, 194) des Schneidmessers (140) erzeugt, wenn das von der Sensorvorrichtung (232) erzeugte Signal einen Bruch des Schneidmessers (140) anzeigt.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (236, 260; 278, 260) zur Erzeugung des Abschaltsignals ausgebildet ist, wenn das von der Sensorvorrichtung (232) erzeugte Signal eine steile Flanke aufweist.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (236, 260; 278, 260) ein Schleifsignal erzeugt, das einen Schleifvorgang für das Schneidmesser (140) mittels einer Schleifeinrichtung auslöst, wenn das von der Sensorvorrichtung (232) erzeugte Signal eine oberhalb eines Schwellenwertes liegende Kraft auf das Schneidmesser (140) anzeigt.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (232) ausgebildet ist, um die auf das Schneidmesser (140) wirkende Kraft richtungsabhängig zu erfassen.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (232) mehrere Teilsensoren (275) umfasst, die jeweils eine Komponente der auf das Schneidmesser (140) wirkenden Kraft erfassen.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (232) Teilsensoren (275) umfasst, die die Komponenten der auf das Schneidmesser (140) wirkenden Kraft längs zweier senkrecht zueinander ausgerichteter Koordinatenrichtungen (110, 122) erfassen.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (232) für jede der Koordinatenrichtungen (110, 122) jeweils zwei einander gegenüberliegende Teilsensoren (275) umfasst.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkopf (130) längs zweier senkrecht zueinander ausgerichteter Koordinatenrichtungen (110, 122) verfahrbar ist und dass die Koordinatenrichtungen, längs derer die Teilsensoren (275) die Komponenten der auf das Schneidmesser (140) wirkenden Kraft erfassen, im Wesentlichen mit den Koordinatenrichtungen (110, 122) übereinstimmen, längs derer der Schneidkopf (130) verfahrbar ist.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidvorrichtung (100) eine Verarbeitungseinheit (282 umfasst, die aus den von den Teilsensoren (275) erfaßten Komponenten der auf das Schneidmesser (140) wirkenden Kraft eine im Wesentlichen parallel zur Schneidrichtung auf das Schneidmesser (140.) wirkende Kraftkomponente (F_S) ermittelt.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidvorrichtung (100) eine Verarbeitungseinheit (282) umfasst, die aus den von den Teilsensoren (275) erfaßten Komponenten der auf das Schneidmesser (140) wirkenden Kraft eine im Wesentlichen senkrecht zur Schneidrichtung auf das Schneidmesser (140) wirkende Kraftkomponente (F_Q) ermittelt.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidvorrichtung (100) eine Steuereinheit (264) umfasst, die eine vorbestimmte Bewegung des Schneidmessers (140) durch Ausgabe geeigneter Steuersignale an eine Bewegungseinrichtung (132) des Schneidkopfes (130) und an eine Drehantriebseinheit (197) des Schneidmessers (140) steuert, wobei die Steuereinheit (264) so ausgebildet ist, dass sie die für das Schneidmesser (140) vorbestimmte Bewegung hinsichtlich der Bewegungsrichtung und/oder der Bewegungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem von der Sensorvorrichtung (232) erzeugten Signal modifiziert.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (232) des Schneidkopfes (130) mindestens zwei Sensoren (232a, 232b) zur Erfassung einer auf das Schneidmesser (140) wirkenden Kraft aufweist, von denen ein Sensor (232b) eine auf das Schneidmesser wirkende Gesamtkraft (F_G) und/oder eine im Wesentlichen parallel zur Schneidrichtung auf das Schneidmesser (140) wirkende Kraftkomponente (F_S) und ein anderer Sensor (232a) eine im Wesentlichen senkrecht zur Schneidrichtung auf das Schneidmesser (140) wirkende Kraftkomponente (F_Q) erfasst.