CN110049841A - 具有可变行程的切割偏心传动件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种切管机，其具有孔形的、能够移动的切割模具(6b)，该切割模具(6b)由驱动杆(7)驱动，通过驱动杆(7)能够实施具有能够连续变化的行程(h)的圆周运动，还具有在外轴(18)中偏心形成的曲柄销轴承(26)，其中，在曲柄销传动件(23)上偏心设置的曲柄销(11)以能够相对于外轴(18)移动的方式安装在曲柄销轴承(26)中，并且曲柄销(11)与驱动杆(7)处于有效连接。

Description

具有可变行程的切割偏心传动件
技术领域
本发明涉及一种切管机的切割装置和一种用于从长型材上切割型材区段的方法。
背景技术
切管机的切割装置在现有技术中已经是充分已知的。
在已知的切割装置中设置有孔形的切割模具，其与两个传动装置处于连接。两个传动装置垂直于彼此作用并且依次地驱动切割模具进行垂直和水平的行程运动。通过两个连续的行程运动，将插入到切割模具中的管分开。为此，必须使管区段保持位置固定并且使切割模具相对于固定的管区段实施两个彼此垂直的行程运动。具有两个行程运动的切割装置的缺点在于，通过第一行程无法切割与运动方向相切的管壁，而仅仅是发生变形。随后通过第二行程切割已经变形的管壁。在偏折的管区段的情况下，这导致不利的管壁的变形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种切割机，其避免了或至少减少了上述缺点。
本发明的目的还在于提供一种用于从管上切割管区段的方法，其能够避免或至少减少上述缺点。
在第一个方面，本发明的目的通过一种具有权利要求1所述特征的切管机的切割装置得以实现。
根据本发明的切割装置包括孔形、能够移动的切割模具，其能够通过驱动杆驱动并且实施具有连续可变行程的圆周运动。通过圆周运动与行程变化的叠加，切割模具还可以这样的优点，即，以逐渐增大的行程进行在平面中的螺旋运动。在此，行程是指曲柄销与系统中心线(对应内轴的中心线)的径向距离。
切割装置包括在外轴中的偏心形成的轴承，偏心形成的曲柄销传动件以相对于外轴能够移动的方式安装在该轴承中。曲柄销传动件与驱动杆处于有效连接(Wirkverbindung)，并且曲柄销传动件的圆周运动产生曲柄销的圆周运动。
曲柄销传动件和外轴的相对旋转改变行程。在连续旋转的情况下，这种改变同样以有利的方式连续进行。
切割装置优选是切割机(优选切管机)的一部分。
本发明基于这样的构思：在外轴中提供轴承，但该轴承不与外轴的外壁同心，而是偏心地设置在其中。通过外轴的转动，轴承进行偏心运动。轴承的偏心距是预先确定的。
曲柄销传动件以能够移动的方式安装在偏心形成的轴承中，其中，曲柄销传动件本身具有偏心地布置在其上的曲柄销。曲柄销传动件上的曲柄销的偏心距对应于外轴的轴承的偏心距。优选地，两个偏心距是相同的。
曲柄销与驱动杆处于有效连接，并通过驱动杆驱动能够驱动的切割模具。曲柄销在此例如理解为从曲柄销传动件突出的销，但它也可以是凹入曲柄销传动件中的凹槽或孔。在此，曲柄销仅意为曲柄销传动件和驱动杆之间的机械连接。曲柄销相对于驱动杆以能够旋转的方式安装，优选地是销和匹配的孔的形状连接，其中，销和孔可以布置在驱动杆和曲柄销传动件上，或者在曲柄销传动件和驱动杆上。
切割模具切入到长型材的外壁中并截下型材区段。长型材及其区段可以理解为实心型材，但特别是管。优选地，其外横截面是圆形的。
根据本发明，设置具有偏心距的两个部件，其中，两个偏心距是相同的。在一个可能的位置，两个偏心距相互抵消，使得曲柄销在切割装置的操作过程中仅围绕其自身的中心线进行旋转运动。这就是所谓的零行程位置，而在另一中位置中，偏心距叠加并且曲柄销在切割机的运行过程中围绕系统的中心线旋转。这就是所谓的最大行程位置。曲柄销的行程可以在零行程位置和最大行程位置之间连续变化。
优选的是，曲柄销传动件的中心线和外轴的中心线以及内轴的中心线成对地彼此平行布置。内轴优选地以其中心线限定整个系统的中心线。内轴有利地通过齿轮来驱动曲柄销传动件，为此，曲柄销传动件具有与内轴的外齿啮合的内齿。
在本发明的一个优选的实施方式中，内轴穿过外轴的直径较小的管状部分。内轴可以安装在外轴的内轴承中并且相对于其以能够运动的方式形成。因此，内轴和外轴可以分别在远离曲柄销传动件的一端上分别设置驱动齿轮，驱动齿轮分别与传动件处于有效连接。两个驱动轮优选围绕相同的旋转轴线紧邻地前后设置。
优选地，内轴由第一电动机(优选伺服电动机)驱动，外轴由第二电动机(优选伺服电动机驱动)。
优选地，在曲柄销传动件和外轴的任何可能的相对位置中，曲柄销传动件的中心线和外轴的中心线彼此偏心地布置。有利的是，在零行程位置中，曲柄销传动件的曲柄销的中心线和外轴的中心线彼此重合。
特别优选的是，曲柄销的行程改变的圆周运动可通过第一和第二电动机的转速差来设定。
转速差导致曲柄销的行程的连续变化。如果存在转速差，则根据正弦函数，行程在0和最大值之间持续地变化。
两个电动机的相同转速意味着当前设定的曲柄销行程不再变化。但其通常不为零，而是另一个当前设定的值。两个电动机的转速以相同的方式传递到内轴或外轴。它们可以在没有传递件的条件下或以相同的传递件进行传递。
曲柄销行程的设定优选仅根据第一电动机(优选伺服电动机)和第二电动机(优选伺服电动机)之间的角位置差进行，其中，参考两个电动机使得在曲柄销行程为零时，两个传动件得到相同的角度。
例如产生以下关联：
电动机1＝55°且电动机2＝55°→角位置差0°→曲柄销行程＝0
电动机1＝155°且电动机2＝155°→角位置差0°→曲柄销行程＝0
电动机1＝111°且电动机2＝111°→角位置差0°→曲柄销行程＝0
电动机1＝55°且电动机2＝65°→角位置差10°→曲柄销行程＞0(＝XX)
电动机1＝155°且电动机2＝165°→角位置差10°→曲柄销行程＞0(＝XX)
电动机1＝55°且电动机2＝75°→角位置差20°→曲柄销行程＞XX
因此，曲柄销行程是第一和第二发动机之间的角位置差的函数。
有利的是，切割装置具有能够插入到管中的切割心轴，其具有相对于切管机固定的部分和相对于切管机能够移动的部分。切割心轴用于在切割过程中将切割力从一个管壁传递到与之相对的管壁并且因此抵消管的变形。实心型材不需要切割心轴。
关于方法目的通过具有权利要求10所述特征的方法得以实现。
按照本发明，切割装置的切割模具调整到零行程位置，即，第一和第二电动机之间的角位置差为零。随后，将长型材推入到切割模具中，内轴和外轴在相同的转速和角位置条件下同步地操作；随后设定外轴和内轴之间的转速差，从而在电动机之间建立连续的角位置偏移，其与曲柄销行程成比例，从而使曲柄销的位置以螺旋运动的方式从外轴的中心线向外转出。曲柄销通过驱动杆驱动切割模具进行螺旋运动，该螺旋运动通过管的螺旋运动从管上切割下管区段。
优选地，改变第一和第二电动机之间的转速和角位置。由此改变行程。在电动机的转速差和角位置差保持相等的情况下，行程随时间正弦变化。因此，切割模具由螺旋中心到直径增大的外螺旋端进行螺旋运动。
但是其他螺旋运动也是可能的，例如：
-在切割过程中具有不同螺距(Steigung)的圆周螺旋运动，
-在切割过程中具有恒定螺距的圆周螺旋运动，
-垂直和水平分开的固定的切割运动(当只有一个电动机进行角度位置改变并且另一个电动机固定时，出现这种切割变型)，和
-上述变型之间的组合。
螺距通过转速差的改变可以实现。
附图说明
借助在十个附图中示出的实施例描述本发明。其中，
图1为位于零行程位置的切管机的根据本发明的切割装置的工作原理的截面图，
图2为位于最大行程位置的切割装置的根据图1的截面图，
图3为切割装置的分解图，
图4以前视图示出了外轴，
图5以侧视图示出了外轴，
图6以前视图示出了曲柄销传动件，
图7以侧视图示出了曲柄销传动件，
图8以立体图示出了按照本发明的切管机的截面图，
图9为带有拆下的覆盖物的切割装置，
图10为图8中的切割装置沿直线VIII-VIII的截面图。
具体实施方式
图1所示的工作原理示出了切管机的根据本发明的切割装置1的工作方式。在下方区域中示出了待切割的管2。在管2中引入两件式的切割心轴3a，3b，其具有比待切割的管2的内径略小的外径，使得切割心轴3a，3b可以在管2中来回移动而不会卡住。切割心轴3a，3b具有固定的部分3a和能够移动的部分3b，在从管2上切割管区段2a的过程中，固定的部分3a相对于壳体和管切割机的整个支撑结构保持位置固定，而能够移动的部分3b能够相对于固定的部分3a移动并与固定的部分3a间隔有周向间隙宽度(约为b＝0.1mm)，能够移动的部分3b沿着切割心轴中心轴M1大致安装在固定的部分的中央。此处未详细指出支架(Lagerung)。在固定的切割模具6a和能够驱动的切割模具6b之间间隙与切割心轴3a的间隙4对齐并且是等宽的。通过能够驱动的切割模具6b相对于固定的切割模具6a变大的螺旋圆周运动，待切断的管件2a从管2上切下。切割心轴3a，3b对抗管2的管壁的弯曲，切割心轴3a，3b(特别是切割心轴3a，3b的能够移动的部分3b)径向地穿过待切割的管区段2a将力传递到相对的管壁上。
能够驱动的切割模具6b形成为具有尖锐孔边缘的圆孔，该圆孔设置在驱动杆7上。驱动杆7安装在具有垂直引导件的枢轴承8中，在相对于切割模6a，6b的一小段距离处是为驱动杆7设置的轴向引导件9，其防止驱动杆7在管2的推力方向V上翻到。
借助曲柄销11驱动该驱动杆7进行按照本发明的螺旋运动。
螺旋形的运动由两个叠加的运动产生，各个运动分别由伺服电动机12，13产生。两个伺服电动机12，13中的每一个以5000-6000转/分钟的转速运行。
第一伺服电动机12通过齿轮传动机构驱动内轴14，为此在内轴14的一端设置有第一驱动齿轮16，该第一驱动齿轮16与由第一伺服电机12驱动的第一棘爪15共同作用。内轴14安装在两个内轴承17a，17b中，内轴承17a，17b设置在外轴18内部。
外轴18又经包括第二驱动齿轮19和第二棘爪21的传动机构由第二伺服电动机13驱动。在内轴14的另一端上，内轴14的齿轮22设置用于曲柄销传动件23。内轴14上具有外齿的齿轮22与曲柄销传动件23上的内齿24啮合。外轴18朝向驱动杆7突然加宽。其在加宽的部分上具有用于曲柄销传动件23的曲柄销轴承26，但其偏心地布置在外轴18的外周27上。偏心距ε由曲轴销轴承26的截面中的外轴18的不同壁厚表示。曲柄销轴承26同样设置有相对于外周的偏心距ε。内轴14的外齿在加宽部分中的外轴的壁厚最大位置处与曲柄销传动件23的内齿24啮合，这便是图1中的情况。
通过内轴14和内轴14的齿轮22居中延伸的中心线M2是内轴14和内轴14的齿轮22的旋转对称线。然而，外轴18的曲柄销轴承26相对于内轴14的中心线M2偏心地设置。内轴14的中心线M2与外轴18的中心线M2重合。此外，曲柄销传动件23(在此示出为顶或盖)设置有曲柄销11，其中，曲柄销11又相对于曲柄销传动件23的中心线M3偏心地设置。曲柄销传动件23的偏心距ε在此等于外轴18的偏心距ε，从而在相应的位置(如图1所示)处偏心距ε得到抵消并且曲柄销11设置在内轴14的中心线M2上。当第一和第二伺服电动机12，13以相同的转速运行时，外轴18和内轴14在没有相对运动的情况下旋转，从而即使在旋转运动过程中也保持图1中所示的相对位置，即，曲柄销11总是布置在系统的中心线M2(即，内轴14的中心线M2)上并且以伺服电机12，13的转速实施旋转运动。
切割装置1的行程h在根据图1所示的状态下为零，即，特别是能够驱动的切割模具6b不移动。在该位置中，可将管2引入到切割模具6a，6b中。
图2示出了具有最大行程h的切割组件的位置。根据图2的状态由此得以实现，即，通过外轴18得到保持或以较低的转速运行，或者内轴14被驱动或以比外轴18更高的转速运行；通过外轴18和内轴14的不同转速，曲柄销传动件23在曲柄销轴承26中旋转。转速差导致第一和第二伺服电动机12，13之间恒定的角位置变化。该行程实施正弦运动。在曲柄销传动件半旋或180°旋转之后，曲柄销11到达图2所示的位置。曲柄销11绕曲柄销传动件23的中心线M3旋转，该中心线M3与内轴14的中心线M2错开并与其平行地设置。
特别地，通过调节曲柄销传动件23相对于外轴18的转速差，曲柄销11的行程h的连续变化，即，曲柄销11距系统中心线M2(即内轴14的中心线M2)的距离是能够调节的。在图2中，设定最大行程h，曲柄销传动件23的偏心距ε和外轴18的偏心距ε必须匹配，从而可以调节图1所示的零行程位置。当达到特定行程h时，可以在设定值下固定转速差，即角位置差。然后，行程h在该设定值下保持恒定。根据转速差的大小，行程h的正弦运动的频率发生变化。
在根据图2的最大行程位置中，能够驱动的切割模具6b具有相对于固定的切割模具6a位移的位置，由此从管道2切割下管道区段2a。当要保持最大行程时，两个伺服电动机12，13的转速设定为相等。
在图2中示出的最大行程位置中，在第一和第二伺服电动机12，13的转速设置为相等的情况下，曲柄销11被驱动进行围绕曲柄销传动件23的中心线M3的纯旋转运动，这导致能够驱动的切割模具6b的旋转圆周运动。曲柄销11从内轴14的中心线M2的行程是能够连续调节的。通过设定外轴18和内轴14之间的转速差，首先可以实现曲柄销11从内轴14的中心线M2的连续远离，并还可实现曲柄销11向内轴14的中心线M2的连接靠近。在较大的转速差的情况下行程h快速变化，在较低的转速差的情况下行程h变化缓慢。但是行程h总是在导致两个伺服电动机12，13的角度位置差的转速差的条件下发生改变。优选假设伺服电动机12，13的转速以相同的方式转变为内轴14和外轴18的转速。由于内轴14和外轴18的转速差，行程h的变化叠加曲柄销11的存在的旋转运动，从而导致图2所示的曲柄销11的螺旋运动并由此引起能够移动的切割模具6b的螺旋运动，其导致管壁旋转增加负荷的切割。
图3以分解图示出了切管机的切割装置1的构造，其中，图1和图2示出的附图标记在图3中表示相同的含义。
特别是，外轴18的曲柄销轴承26相对于内轴14的中心线M2偏心地形成，这在图3中较难识别，但在图4和5中示出了这种设置方式的偏心距ε，其中，ε＝3mm。在此偏心距ε涉及与曲柄销轴承26同心形成的圆形内孔相对于外轴18的圆形外周边27的相对位置。图5以侧视图示出了外轴18，其中，偏心距ε不可见。
外轴18由第二驱动齿轮19驱动，第二驱动齿轮19由第二伺服电动机13上的第二棘爪21驱动。内轴14穿过外轴18，安装在外轴18内的两个内轴承17a，17b中；第一驱动齿轮16布置在第二驱动齿轮19旁边，这在图1中示出，并且第一伺服电动机12通过第一棘爪15驱动内轴14的第一驱动齿轮16。内轴14位置固定并且与内轴14上的外齿轮22以旋转固定的方式连接，外齿轮22与曲柄销传动件23的内齿24啮合。曲柄销传动件23在此未示出具有曲柄销11，但其具有中心的开口11’，固定地设置在驱动杆7上的榫头7’以能够旋转的方式接合到该中心开口11’中。在图3的上部区域中示出了转盘轴承8，并且在下部区域中示出了用于驱动杆7的轴向引导件9。
曲柄销传动件23可在图6和图7中看出。在图6中可以看出，图6中的曲柄销传动件23的外周(该曲柄销传动件23在根据图4和5所示的外轴18的曲柄销轴承26中是固定位置)相对于圆形的中心开口11’的中心偏心地形成，中心开口11’在其功能上对应于曲柄销11。即，中心开口11’的旋转运动导致围绕曲柄销传动件23的外周的中心的偏心运动或圆周运动。开口11’以旋转固定的方式如图7所示地与接合根据图3所示的齿轮22内齿24连接。
该工作原理对应于图1和2所示的工作原理。
在图8，9和10中，图3的切割装置1以组装配置示出。
图8示出了具有壳体80的切割装置1，驱动杆7相对于切割装置1以能够移动的方式设置，已经穿过固定的和能够驱动的切割模6a，6b而插入的管2在下方示出，切割心轴3a，3b插入到管2中。
图9示出了壳体80被移除的切除装置1，在此可以看出：第一和第二伺服电动机12，13以其棘爪15，21啮合并驱动内轴和外轴14，18的驱动齿轮16，19。
图10以侧面的截面图示出了切割装置1，其在图1，图2和图3所示的具有其功能的部件相应地示于图10中。工作原理可参见对图1，图2和图3的描述。图10示出了具有行程h的能够驱动的切割模具6b，已从管道2上切割下管道区段2a，能够驱动的切割模具6b再次返回到零行程位置以进行下一次切割。在零行程位置中，两个伺服电动机12，13以相同的转速旋转。随后调整转速差，使得两个伺服电动机12，13的角位置相对于彼此改变。可以调整预定的转速差，使其保持不变。行程h由于转速差而改变，并且切割模具6a，6b从管道2上切割下一个区段。随后，沿推力方向V稍微推进管2，使得切割下的管区段2a掉落并可以执行下一次切割过程。
附图标记列表
1 切割装置
2 管
2a 管区段
3a 固定的切割心轴
3b 能够移动的切割心轴
4 间隙
6a 固定的切割模具
6b 能够驱动的切割模具
7 驱动杆
7’ 榫头
8 转盘轴承
9 轴向引导件
11 曲柄销
11’ 中心开口
12 伺服电机
13 伺服电机
14 内轴
15 第一棘爪
16 第一驱动齿轮
17a 内轴承
17b 内轴承
18 外轴
19 第二驱动齿轮
21 第二棘爪
22 具有外齿的齿轮
23 曲柄销传动件
24 内齿
26 曲柄销轴承
27 外周
80 壳体
ε 偏心距
h 行程
M1 切割心轴的中心线
M2 内轴和外轴的中心线
M3 曲柄销传动件的中心线
V 推力方向

Claims (11)

1.一种切割装置，具有孔形的、能够移动的切割模具(6b)，所述切割模具(6b)由驱动杆(7)驱动，通过所述驱动杆(7)能够实施具有能够连续变化的行程(h)的圆周运动，
具有在外轴(18)中偏心形成的曲柄销轴承(26)，在曲柄销传动件(23)上偏心设置的曲柄销(11)以能够相对于所述外轴(18)移动的方式安装在所述曲柄销轴承(26)中，
并且所述曲柄销(11)与所述驱动杆(7)处于有效连接。
2.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，所述曲柄销传动件(23)的中心线(M3)和所述外轴(18)的中心线(M2)和内轴(14)的中心线(M2)成对地彼此平行布置。
3.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，所述曲柄销传动件(23)具有内齿(24)，其与内轴(14)的外齿(22)啮合。
4.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，内轴(14)引导通过所述外轴(18)的管状部分。
5.根据权利要求1、2或3所述的切割装置，其特征在于，在所述曲柄销传动件(23)和所述外轴(18)的每个可能的相对位置中，所述曲柄销传动件(23)的中心线(M3)和所述外轴(18)的中心线(M2)相对于彼此偏心地布置。
6.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，所述曲柄销传动件(23)的曲柄销(11)和所述外轴(18)的中心线(M2)在零行程位置相对于彼此重叠地布置。
7.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，所述内轴(14)由第一伺服电动机(12)驱动，并且所述外轴(18)由第二伺服电动机(13)驱动。
8.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，通过所述第一伺服电动机和所述第二伺服电动机(12，13)的转速差，所述曲柄销(11)的行程能够改变的圆周运动是能够调节的。
9.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，能够引入到所述管(2)中的切割心轴(3a，3b)具有相对于所述切割装置(1)固定的部分(3a)和相对于所述切割装置(1)能够移动的部分(3b)。
10.一种用于从长型材(2)上切割型材区段的方法，其中：
将切割装置(1)的切割模具(6a，6b)调整到零行程位置，
将长型材(2)放入到切割模具(6a，6b)中，
在相同的转速下运行内轴(14)和外轴(18)，
调整所述内轴(14)和所述外轴(18)的转速差，并由此使曲轴销(23)的位置由所述内轴(14)的中心线(M2)径向向外地旋开，
所述曲柄销(23)经驱动杆(7)驱动所述切割模具(6a，6b)进行旋开运动，其在所述旋开运动中从所述长型材(2)切割下长型材区段(2a)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述转速差固定地调整，并由此使行程(h)连续地变化并且所述曲柄销(23)进行螺旋运动，所述螺旋运动使能够驱动的切割模具(6b)进行螺旋运动，其在旋转运动中从所述长型材(2)切割下长型材区段(2a)。
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