DE19930199B4

DE19930199B4 - Trennverfahren und Vorrichtung

Info

Publication number: DE19930199B4
Application number: DE19930199A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hermann; Dieter Karbstein; Kai Irlenborn
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2019-07-02
Also published as: DE19930199A1

Abstract

Verfahren zum Trennen von Profilen (2) aus harten Polymermaterialien mit oder ohne Einlagen mittels einer Messerschneide (1) mit den folgenden Schritten:
– Ansetzen der Messerschneide (1) am Anschnittbereich (21) des Profils (2)
– Lineare Bewegung der Messerschneide (1) bis zu einem ersten Profilabschnitt
– Drehen der sich linear bewegenden Messerschneide (1) um einen durch die Schneidkraft des zu trennenden Profils (2) bzw. Profilabschnittes bestimmten Winkel bis zur vollständigen Trennung des Profils (2) bzw. Profilabschnittes, wobei der Drehpunkt innerhalb der rechtwinklig zu dem zu trennenden Profil (2) positionierten Fläche der Messerschneide (1) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Profilen aus harten Polymermaterialien mit oder ohne Einlagen mittels einer Messerschneide, wobei die Messerschneide an einem Anschnittbereich des Profiles angesetzt und bis zur vollständigen Trennung durch den Profilquerschnitt geführt wird.

Aus der Deutschen Patentschrift DE 2 107 331 B ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt. Diese Vorrichtung soll ein kontinuierliches und gratfreies Schneiden von Kunststoffprofilen ohne Späneanfall ermöglichen und einen möglichst einfachen Aufbau haben.

Realisiert wird dies so, dass die zu trennenden Profile nacheinander eine Zone örtlicher Aufheizung auf etwa 80°C und eine Schnittstelle mit einer Schnitttiefe von etwa 20 % der Profilstärke durchläuft. Die durch den Schnitt aufgeworfenen Materialwulste werden durch eine Glättwalze egalisiert. Die Trennung erfolgt durch eine nachfolgend angeordnete Schereinrichtung, die aus zwei versetzt angeordneten Scherrollen besteht.

Vorteilhaft hierbei wird gesehen, dass sich kontinuierlich zugeführte Kunststoffprofile, z.B. Kunststoffplatten, mit einfachen Mitteln völlig gratfrei und ohne jeglichen Späneanfall glatt trennen lassen.

Bei diesem Trennverfahren muss jedoch der polymere Werkstoff vor der Trennung im Bereich der späteren Trennkanten noch einmal erwärmt werden, so dass es in diesen Bereichen zu Gefügeveränderungen kommen kann. Des weiteren sollten die aufgeworfenen Materialwulste durch eine Glättwalze wieder egalisiert werden, was jedoch zur Beschädigung der Oberfläche bzw. zu Verformungen im Randbereich führen kann.

Der Einsatz dieser Vorrichtung zum Trennen von Profilen erscheint jedoch sehr fragwürdig, da hier die Schnittrichtung um 90° versetzt zur Fertigungsrichtung des zu schneidenden Gegenstandes verläuft. Auch kann diese Vorrichtung nicht für das Trennen von Hohlkammerprofilen bzw. von Profilen mit Verstärkungseinlagen genutzt werden. Hier reichen die durch die zwei sich gegenüberliegenden Scherwalzen erreichbaren Kräfte nicht aus, um einen gratfreien Schnitt realisieren zu können.

Eine weitere Trennvorrichtung für stranggepresste Profile wird in der DE 2 361 405 A offenbart. Diese gattungsgemäße Vorrichtung soll verwendet werden zum Trennen oder Ablängen von stranggepressten Profilen, insbesondere von Hohlprofilen. Dabei soll diese Vorrichtung in Längsrichtung und in radialer Richtung beweglich sowie auf einfache Weise steuerbar sein. Realisiert wird dies dadurch, dass dem Werkzeug ein mit dem Schneidkopf umlaufendes Hebelgetriebe zugeordnet ist, das mit einer ebenfalls mit dem Schneidkopf umlaufenden, jedoch relativ zu diesem drehbeweglichen Exzenterscheibe in Eingriff steht. Dieser Exzenterscheibe wird eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zugeordnet. Die Kurvenform der Exzenterscheibe wird derart gewählt, dass bei jeder Relativbewegung zwischen Exzenterscheibe und Schneidkopf eine radiale Vorschubbewegung des Werkzeuges erzeugbar ist. Vorteilhaft wird hier gesehen, dass ein in sich geschlossenes Steuersystem geschaffen wird, das mechanisch verhältnismäßig wenig beansprucht werden soll und das infolgedessen einer geringeren Abnutzung unterliegt.

Dies erscheint aufgrund des aufwendigen und komplizierten Aufbaus jedoch fragwürdig. Des weiteren ist die Qualität der durch das Schneidwerkzeug erreichten Trennflächen nicht mängelfrei. Durch das Eindringen des Schneidwerkzeuges entstehen an der Oberfläche der Hohlprofile Aufwerfungen, die nicht akzeptabel sind und zu Schwierigkeiten bei einer späteren Kaschierung führen. Weiterhin sind keine rechtwinkligen, planen Schnitte möglich. Beim Eindringen des Schneidwerkzeuges kommt es zu elastischen und plastischen Deformationen des Hohlprofiles.

Aus der DD 207 619 A ist eine Ablängvorrichtung für Hohl- und Vollprofile aus Kunststoff bekannt. Diese Ablängvorrichtung kann überall dort angewendet werden, wo im Querschnitt rotations- oder nichtrotationssymmetrische Hohl- und Vollprofile vorwiegend thermoplastischen Charakters abgelängt bzw. geschnitten werden sollen. Ihr Einsatz kann auch im kontinuierlichen Produktionsprozess erfolgen.

Durch die Vorrichtung soll eine Verbesserung der Schnittqualität und eine Verkürzung des Trennvorganges erreicht werden. Die Vorrichtung gewährleistet einen schnellen, gratfreien Schnitt bei unkompliziertem konstruktiven Aufbau und gestattet die Herstellung kurzer Profillängen in schneller Schnittfolge, wobei die Schnittenden einer Profillänge senkrecht oder quer bzw. senkrecht und quer zur Profillängsachse ausgeführt sein können. Die Profiltrennung erfolgt mittels beidseitig geschliffener Messer. Das Messer wird dabei nach entsprechender Impulsgabe durch einen Arbeitszylinder bewegt und der Schnitt wird schlagartig ohne wesentliche akustische Beaufschlagung der Umwelt ausgeführt.

Eine weitere Schneidvorrichtung für kontinuierlich zugeführte Materialien ist in der DE 17 04 076 A beschrieben. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch ein Hauptbewegungsteil, welches in kontinuierlichen Arbeitsspielen oder Zyklen bewegbar ist, ein Schneidmesser, Einrichtungen, um das Messer schwenkbar an dem Hauptteil anzubringen, so dass es sich mit diesem im Gleichklang bewegt und zwischen einer Betriebs- und Nichtbetriebsstellung bewegbar ist, und pneumatische Einrichtungen, die bei Zufuhr von Druckluft eine Bewegung des Schneidmessers in die Betriebsstellung zum Schneiden des Materials bewirken.

Weiterhin ist aus der DE 31 39 713 C2 ein Verfahren einer Vorrichtung zum Durchtrennen eines Schichtstoffes bekannt. Bei diesem Verfahren eines kontinuierlich hergestellten bandförmigen Schichtstoffes ist dieser aus einer ersten Lage aus hartem Material, aus einem Kern in Form einer zweiten Lage aus geschäumtem Material und einer dritten Lage aus flexiblen Material zusammengesetzt und bei dem die erste Lage an den Seitenkanten zu einem Nut – und/oder Flanschaufschnitt geformt ist, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass zu Beginn des Schneidvorganges die flexible Beschichtung und der Kern von der Seite der flexiblen Beschichtung ausgehend, durch zwei parallele, in Ebenen senkrecht zur Längsachse des Schichtstoffes erfolgende Schnitte, durchtrennt werden, dass dann die Seitenkanten der ersten Lage, beginnend in einem Abstand von den Ränderinnenseiten, von innen nach außen in einer Schwenkbewegung durchtrennt werden und dass dann der zwischen dem Schnitt verbliebene mittlere Bereich der ersten Lage in einem weiteren Schneidvorgang durchtrennt wird.

Die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennvorrichtung ein Paar zueinander paralleler vertikal bewegbarer erster oberer der flexiblen Beschichtung zugewandter Schneideinrichtungen zum Schneiden der Beschichtung des Kerns aufweist, dass eine zweite obere der flexiblen Beschichtung zugewandte Schneideinrichtung, welche vertikal bewegbar zwischen den ersten Schneideinrichtungen angeordnet ist, vorgesehen ist, dass eine untere, dem harten Material zugewandte Gegenschneideinrichtung zur Schneideinrichtung zum Schneiden des Oberflächenabschnitts der Außenverkleidung vorgesehen ist und dass ein Paar seitlich an der zweiten Schneideinrichtung in einer Ebene zwischen den beiden ersten Schneideinrichtungen schwenkbar angeordneter dritter oberer Schneideinrichtungen zum Schneiden der Randbereiche des Schichtstoffes vorgesehen ist.

Aus dem Stand der Technik ist weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung von Profilen in der DE 197 48 247 A1 bekannt.

Das Verfahren zum Trennen von strangförmigen Hohlkammerprofilen aus thermoplastischen Werkstoffen, insbesondere Fenster und Türrahmenprofile, bei dem das zu trennende Profil vor dem Trennvorgang in eine Position fixiert wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Profilquerschnitt spanlos getrennt wird, indem die Trenneinheit mit Messerform mit geregelter Geschwindigkeit in den zu trennenden Querschnitt eintaucht und geregelt den Trennschnitt mittels eines elektrischen Antriebes durchführt.

Die Vorrichtung zum Trennen von strangförmigen Hohlkammerprofilen aus thermoplastischen Werkstoffen, insbesondere Fenster- und Türrahmenprofile, bei dem das zu trennende Profil vor dem Trennvorgang in eine Position fixiert wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung in Form eines Rahmens aufgebaut ist, in dem mindestens ein Trennmesser geführt wird und dieses Trennmesser durch einen elektromotorischen Antrieb bewegt wird und die Geschwindigkeit zum Trennen entsprechend der Profilgeometrie geregelt wird.

Zum weiteren bekannten Stand der Trenntechnik müssen auch die Vorrichtungen gezählt werden, die mittels ein oder mehrerer Sägen einen Trennvorgang realisieren.

Diese haben neben dem Vorteil des exakten rechtwinkligen, planen Schnittes jedoch auch erhebliche Nachteile.

Das Hauptproblem wird darin gesehen, dass beim Sägen Späne anfallen, die zum einen über teure Absauganlagen aufgenommen werden müssen und die zum anderen zu einem Verlust an polymerem Werkstoff führen.

Die derzeit eingesetzten Absauganlagen verursachen einen hohen Energieverbrauch und führen zu nicht unerheblichen Geräuschemissionen in den Fertigungsräumen.

Trotzdem ist es möglich, dass an den abgelängten Hohlprofilen noch Sägespäne bedingt durch die elektrostatische Aufladung des polymeren Werkstoffes vorhanden sind. Diese stören ebenso eine weitere Verarbeitung, beispielsweise das Kaschieren der Profile, und müssen durch einen hohen zusätzlichen Personalaufwand entfernt werden.

Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gestellt hat, diesen bekannten Stand der Technik dahingehend zu verbessern, dass ein Verfahren zum Trennen von Profilen eingesetzt wird, bei dem die Vorteile der bisherigen Schneidvorrichtungen mit den Vorteilen der Sägen kombiniert werden.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und die Merkmale des Patentanspruches 3 gelöst.

Der große Vorteil dieses Verfahrens wird darin gesehen, dass hier kein zusätzliches Recyclingmaterial erzeugt wird, da die Verfahrensweise spanlos ist. So müssen keine Absaugeinrichtungen investiert, gepflegt und gewartet werden. Der Personalaufwand für den gesamten Trennvorgang wird erheblich reduziert, da das erfindungsgemäße Verfahren nahezu wartungsfrei arbeitet und absolut keiner Nacharbeiten der getrennten Kanten bedarf.

Ein weiterer entscheidender Vorteil wird in der Tatsache gesehen, dass das Profilmaterial mit erhöhter Scherfestigkeit den jeweils kleinsten Anteil am Schneidquerschnitt besitzt. Dadurch werden die notwendigen Schneidkräfte erheblich reduziert und an den Schneidkanten entstehen keinen Verformungen und Aufwerfungen, die einer zusätzlichen Nacharbeit bedürfen.

Weiterhin als vorteilhaft durch das erfindungsgemäße Verfahren wird gesehen, dass die Messerschneide immer den Weg des geringsten Widerstandes sucht, d.h. den Profilquerschnitt, der die geringste Gegenkraft aufbringt. Damit ist gewährleistet, dass der Betrag der Schneidkraft zu jedem Zeitpunkt des Trennvorganges immer den kleinsten Wert ergibt.

Die für die Durchführung des Erfindungsverfahrens erforderliche Vorrichtung weist eine Messerschneide auf, die eine lineare und gleichzeitig eine drehende Bewegung ausführen kann. Der Drehpunkt, um den die Messerschneide der erfindungsgemäßen Vorrichtung sich bewegt, befindet sich innerhalb der rechtwinklig zu dem zu trennenden Profil positionierten Fläche der Messerschneide.

Zur Trennung eines Profiles wird die dabei erforderliche Schneidkraft für die lineare und die drehende Bewegung getrennt erfasst und entsprechend ausgewertet. Über geeignete Messelemente, die vorteilhafterweise Drehimpulsgeber sind sowie über die Leistungsaufnahme der Antriebsvorrichtungen der Messerschneide können die Schnittgeschwindigkeiten und Schnittrichtungen (die die Wege der geringsten Schneidkraft sind) ermittelt werden. Die Messerschneide der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird so durch das zu trennende Profil geführt, dass immer der Weg des geringsten Widerstandes, der beispielsweise dem der kleinsten Fläche entspricht, gesucht wird, so dass die erforderliche Schneidkraft hier entsprechend niedrige Werte aufweist.

Im Ergebnis eines solchen Schnittes werden rechtwinklige sowie verdrückungs- und ausbrecherfreie Kanten der zu trennenden Profile erzielt, die keiner weiteren Nacharbeit mehr bedürfen.

Weiterhin ist durch die für jede Bewegung getrennt vorgesehene Efassung und Auswertung der verfahrensrelevanten Parameter eine hohe Wiederholgenauigkeit und Prozesssicherheit gegeben.

Vorteilhafterweise erfolgt die lineare und die drehende Bewegung durch getrennt steuerbare Servomotoren. Diese tragen vorteilhafterweise dazu bei, die Wiederholgenauigkeit und Prozesssicherheit ebenfalls noch zu erhöhen.

Im folgenden soll an den die Erfindung nicht beschränkenden Figuren diese näher beschrieben werden. Es zeigen:
1 Schnitt durch ein Fensterhohlkammerprofil
2 Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung Vorderseite
3 Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung Rückseite
Bei dem in 1 dargestellten Fensterhohlkammerprofil 2 wird die Messerschneide 1 am Anschnittbereich 21 des Profiles 2 angesetzt. Im ersten Schritt erfolgt ein linearer Schnitt bis die Messerschneide 1 den Profilabschnitt 200 des Profiles 2 erreicht hat. An dieser Stelle wird in dem zweiten Schritt die Messerschneide 1 durch eine drehende Bewegung gedreht, so dass der Schnitt nicht rechtwinklig durch die Profiloberfläche 200 erfolgt, sondern in einem bestimmten Winkel dazu. Nachdem der Profilabschnitt 200 durchtrennt ist, wird zu der erfolgten kontinuierlichen linearen Bewegung der Messerschneide 1 eine zweite Drehbewegung ausgeführt, so dass im dargestellten dritten Schritt der Profilabschnitt 201 des Profiles 2 durch die Messerschneide 1 durchtrennt ist. Beim Auftreffen der Messerschneide 1 auf dem Profilabschnitt 202 des Profiles 2 erfolgt wiederum eine Drehbewegung, so dass der Schnitt im vierten Schritt in einem bestimmten Winkel zum Profilabschnitt 202 erfolgt. Nach Durchtrennen des Profilabschnittes 202 erreicht die Messerschneide 1 den Profilabschnitt 203 des Profiles 2, wobei die Messerschneide 1 hier in einem bestimmten Winkel den Profilabschnitt 203 anschneidet und unter einer weiteren Drehung im fünften Schritt den Profilabschnitt 203 durchtrennt, so dass das Fensterhohlkammerprofil in einem gegendrucksteuerbaren Schnitt durchtrennt wurde.
Beispiel: Schneidkraftverlauf beim Trennen eines Fensterhohlkammerprofiles.

Stand der Technik Erfindungsgemäß

1.3.000 N 600 N

2. 1.700 N 600 N

3. 600 N 500 N

4. 3.000 N 600 N

5. 1.700 N 600 N
In 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 in ihrer Vorderansicht dargestellt.
Auf einer Grundplatte 140 sind zwei Säulen 120, 121 fixiert, an deren oberen freien Enden eine weitere Platte 143 befestigt ist, auf der ein Servomotor 100 für die lineare Bewegung positioniert ist. Zwischen den Säulen 120, 121 befindet sich die Haltevorrichtung 130, in der ein Fensterhohlkammerprofil 2 geführt ist.
Oberhalb des Fensterprofiles 2 ist die Messerschneide 1 zu erkennen, die über ihren Drehpunkt 3 in einem bestimmten Winkel zum Profil 2 eingestellt ist. Die für die Erfassung und Auswertung notwendigen Zubehör- und Messelemente sind in dieser Figur nicht dargestellt. Durch den Servomotor 100 erfolgt ein bestimmter Vorschub in linearer Richtung rechtwinklig zu dem trennenden Profil 2, wobei über den zweiten nicht sichtbaren Servomotor, welcher im Antriebspunkt 3 hinter der Messerschneide 1 angeordnet ist, die drehende Bewegung der Messerschneide 1 erzeugt wird. Zur Sicherheit der Vorrichtung befinden sich zwischen der Grundplatte 140 und der Deckplatte 143 die Seitenverkleidungen 141 und 142, wobei 142 hier nur angedeutet dargestellt ist.
Bei der in der 3 dargestellten Rückseite der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist der Servomotor 101 für die Erzeugung der drehenden Bewegung der Messerschneide 1 erkennbar. Dieser Servomotor wird entsprechend den Werten der Drehimpulsgeber und der Leistungsaufnahme der Motoren so gesteuert, dass die Messerschneide 1 immer auf dem Weg des geringsten Widerstandes, sprich der kleinsten Fläche, vorangetrieben wird. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung auf Basis geringerer Schneidkräfte zu dimensionieren, so dass diese wirtschaftlicher herstellbar ist. Auf der Grundplatte 140 der Vorrichtung 10 ist an der Führung 130 für das Profil 2 ein Befestigungselement 150 angeordnet, welches das Profil 2 während des Schneidvorganges fixiert. Der Servomotor 101 für die Ausführung der drehenden Bewegung der Messerschneide 1 ist an einer in dieser Ausführungsform annähernd U-förmig gestalteten Platte 144 befestigt.

Claims

Verfahren zum Trennen von Profilen (2) aus harten Polymermaterialien mit oder ohne Einlagen mittels einer Messerschneide (1) mit den folgenden Schritten: – Ansetzen der Messerschneide (1) am Anschnittbereich (21) des Profils (2) – Lineare Bewegung der Messerschneide (1) bis zu einem ersten Profilabschnitt – Drehen der sich linear bewegenden Messerschneide (1) um einen durch die Schneidkraft des zu trennenden Profils (2) bzw. Profilabschnittes bestimmten Winkel bis zur vollständigen Trennung des Profils (2) bzw. Profilabschnittes, wobei der Drehpunkt innerhalb der rechtwinklig zu dem zu trennenden Profil (2) positionierten Fläche der Messerschneide (1) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilabschnitt mit erhöhter Scherfestigkeit den jeweils kleinsten Anteil am Schneidquerschnitt besitzt.
Vorrichtung zum Trennen von Profilen (2) aus harten Polymermaterialien, mit oder ohne Einlagen, mittels einer Messerschneide (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Messerschneide (1) an einem linear bewegbaren Schlitten (144) drehbeweglich angeordnet ist, wobei sich der Drehpunkt (3) innerhalb der rechtwinklig zu dem zu trennenden Profil (2) positionierten Fläche der Messerschneide (1) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie getrennte Einrichtungen zur Erfassung der linearen und der drehenden Bewegung der Messerschneide (1) zur Ermittlung der erforderlichen Schneidkraft aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung und Auswertung der erforderlichen Schneidkraft durch eine softwareunterstützte Bewertung der Leistungsaufnahme des Servomotors (100, 101) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare und die drehende Bewegung der Messerschneide (1) durch getrennt steuerbare Servomotoren (100, 101) erfolgt.