-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vibrationsschneidvorrichtung
und ein Verfahren zum Vibrationsschneiden.
-
2. Hintergrund der Erfindung
-
Im
Stand der Technik sind verschiedene Schneidvorrichtungen bekannt,
wie beispielsweise automatische Messer aus dem Küchenbedarf
oder Ultraschallsonotroden mit Schneidwerkzeug.
-
Das
Schneiden mittels Ultraschall wird durch Schwingungen im Kilohertzbereich
bei Amplituden eines Schneidwerkzeugs im Mikrometerbereich durchgeführt.
Aufgrund der Auf- und Abbewegung der Schneidsonotroden ist es daher
eher mit einem Hacken als mit einem herkömmlichen Schneiden
vergleichbar. Das Ultraschallschneiden findet beispielsweise in
der Lebensmittelindustrie Anwendung. Der Nachteil beim Ultraschallschneiden
besteht darin, dass die Amplituden des Schneidwerkzeugs im Mikrometerbereich
eine gezahnte Struktur des Schneidwerkzeugs wirkungslos machen,
weil die Zahndimension des Schneidwerkzeugs größer
ist als die maximal realisierbare Amplitude desselbigen. Zudem ist
es von Nachteil, dass die Länge des Schneidwerkzeugs beim
Ultraschallschneiden kleiner als 30 cm ist, da das Schneidwerkzeug
andernfalls während seines Betriebs instabil werden würde.
Diese beschränkte Länge des Schneidwerkzeugs limitiert
jedoch den Anwendungsbereich des Ultraschallschneidens in nachteiliger
Weise. Zudem ist mit Ultraschall fast ausschließlich senkrechtes
und schräges Schneiden möglich. Will man nun einen
waagerechten Schnitt mittels Ultraschallschneidsonotroden anbringen,
liegt automatisch das obere Schneidgut auf der Schneidsonotrode,
was jedoch nicht gewünscht ist.
-
Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schneidvorrichtung
und ein Verfahren zum Schneiden bereitzustellen, die in einem breiten
Anwendungsgebiet einsetzbar und wirtschaftlich nutzbar sind.
-
3. Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung
-
Die
obige Aufgabe wird durch eine Vibrationsschneidvorrichtung gemäß dem
unabhängigen Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren zum
Vibrationsschneiden gemäß dem unabhängigen
Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterentwicklungen vorliegender Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung, den Zeichnungen und den anhängenden Ansprüchen
hervor.
-
Die
erfindungsgemäße Vibrationsschneidvorrichtung
weist die folgenden Merkmale auf: mindestens einen ersten Schwingkopf,
eine Steuerung, mit der der erste Schwingkopf gezielt elektrisch
anregbar ist, um Schwingungen in einem Frequenzbereich unterhalb
des Kilohertzbereichs auszuführen, und ein zwischen einer
ersten und einer zweiten Halterung angeordnetes Schneidwerkzeug,
während zumindest die erste Halterung mit dem ersten Schwingkopf
verbunden ist, so dass mechanische Schwingungen des ersten Schwingkopfs
auf das Schneidwerkzeug übertragbar sind.
-
Mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden
mechanische Schwingungen mit einer Frequenz unterhalb des Ultraschallbereichs
auf ein Schneidwerkzeug übertragen. Dieser gezielt ausgewählte
Frequenzbereich eröffnet die Möglichkeit, sowohl
die schwingende Bewegung des Schneidwerkzeugs als auch eine spezielle
Geometrie des Schneidwerkzeugs, beispielsweise Sägezähne,
in Kombination einzusetzen. Der eingesetzte Schwingkopf ist beispielsweise
aus dem Vibrationsschweißen von Kunststoffen bekannt und
zeichnet sich durch eine hohe Lebensdauer und einem geringem Verschleiß aus.
Während das Schneidwerkzeug an den zwei Halterungen befestigt
ist, werden die Schwingungen des mindestens einen Schwingkopfs in
nur eine oder beide Halterungen eingeleitet. Bei einer Schwingungseinleitung
in nur eine Halterung ist beispielsweise die andere Halterung oder
nur das andere Ende des Schneidwerkzeugs federnd gelagert, um der
einseitig eingeleiteten Schwingung folgen zu können.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung vorliegender Vibrationsschneidvorrichtung ist deren
Schwingkopf über ein Federpaket mit der ersten Halterung
verbunden. Zudem ist es bevorzugt, einen zweiten Schwingkopf in
Kombination mit dem ersten Schwingkopf einzusetzen, der mit der
zweiten Halterung verbunden ist, während der erste und
der zweite Schwingkopf elektrisch und/oder mechanisch gekoppelt
sind.
-
Die
Verwendung des Federpakets in Kombination mit einem oder mehreren
Schwingköpfen unterstützt die Ansteuerung und
Aufrechterhaltung der zum Schneiden erforderlichen Schwingungen
im Schneidwerkzeug. In Abhängigkeit von dem zur Verfügung
stehenden Bauraum und der zu schneidenden Materialien können
ein, zwei oder eine Mehrzahl von Schwingköpfen in Kombination
eingesetzt werden, die die schneidende Bewegung auf das Schneidwerkzeug übertragen.
Um eine optimale Schwingungserzeugung der mindestens zwei Schwingköpfe
zu erzielen, werden sie durch eine gemeinsame elektrische Steuerschaltung
angesteuert. Basierend auf dieser elektrischen Kopplung der mindestens
zwei Schwingköpfe werden diese derart angesteuert, dass
sich die von ihnen erzeugte Schwingungsenergie optimal ergänzt.
So ist es beispielsweise bevorzugt, die Schwingköpfe im
Resonanzbereich zu betreiben. Neben der elektrischen Kopplung ist ebenfalls
in Kombination oder alternativ eine mechanische Kopplung der mindestens
zwei Schwingköpfe anwendbar. Eine derartige mechanische
Kopplung wird beispielsweise über eine starre Verbindung
zwischen den mindestens zwei Schwingköpfen realisiert,
die eine synchrone Ansteuerung der mindestens zwei Schwingköpfe
unterstützt.
-
Es
ist bevorzugt, die Vibrationsschneidvorrichtung in einem Frequenzbereich
von 50 bis 500 Hz, vorzugsweise 50 bis 60 Hz, zu betreiben. In einer weiteren
Ausgestaltung der vorliegenden Vibrationsschneidvorrichtung wird
das Schneidwerkzeug mit einer Amplitude von ±5 mm parallel
zur Längsachse des Schneidwerkzeugs ausgelenkt. Zudem werden Schneidwerkzeuge
mit einer Länge im Bereich von 10 bis 150 cm, vorzugsweise
30 bis 100 cm, eingesetzt. Um dies zu realisieren, finden Schneidwerkzeuge
Anwendung, die beispielsweise aus einer glatten Klinge, einer gezahnten
Klinge, einem Draht oder einem Seil bestehen.
-
In
weiterer Ausgestaltung vorliegender Erfindung umfasst die Vibrationsschneidvorrichtung
einen Arbeitstisch für ein zu schneidendes Produkt, während
der Arbeitstisch zumindest senkrecht zur Längsachse des
Schneidwerkzeugs vorzugsweise in alle drei Raumrichtungen, oder
das Schneidwerkzeug parallel zum Arbeitstisch, vorzugsweise in alle
drei Raumrichtungen, bewegbar ist.
-
Mit
dem oben genannten Arbeitstisch wird ein zu schneidendes Produkt
gezielt der Vibrationsschneidvorrichtung zugeführt. Zu
diesem Zweck wird das zu schneidende Produkt von dem Arbeitstisch gehalten,
an ihm befestigt, durch ihn der Vibrationsschneidvorrichtung zugeführt
und/oder durch ihn von der Vibrationsschneidvorrichtung abgeführt.
In der einfachsten Ausführungsform ist die Befestigung
und gezielte Zu- und Abfuhr des zu schneidenden Produkts durch eine
Bewegung senkrecht zur Längsachse des Schneidwerkzeugs
realisierbar. Dies wird durch ein Bewegen des Arbeitstischs selbst
umgesetzt. Weiterhin ist es denkbar, auf der der Schneidvorrichtung
zugewandten Seite des Arbeitstischs ein Förderband anzuordnen.
Auf diesem Förderband wird das zu schneidende Produkt angeordnet,
so dass über das Förderband gezielt Zu- und Abfuhr
des zu schneidenden Produkts zum/vom Schneidwerkzeug sowie ein geregeltes
Bewegen des Schneidwerkzeugs durch das zu schneidende Produkt erfolgt.
Für ein komfortables Arbeiten mit der Vibrationsschneidvorrichtung
ist es zudem vorteilhaft, wenn der Arbeitstisch in alle drei Raumrichtungen
bewegbar ist, so dass ein zu schneidendes Produkt in Bezug auf das
Schneidwerkzeug beliebig positionierbar ist. Weiterhin gewährleistet
eine derartige Bewegbarkeit des Arbeitstischs, dass ein Schnitt
in beliebiger Richtung durch das zu schneidende Produkt durchführbar
ist. Zudem ist es bevorzugt, dass der Arbeitstisch fest installiert
ist und somit das zu schneidende Produkt in einer definierten Position
gehalten wird. Um einen Schnitt durch das zu schneidende Produkt
zu erzeugen, ist das Schneidwerkzeug zumindest parallel zur oberen
Auflagefläche des Arbeitstischs bewegbar. Von Vorteil ist
zudem, wenn das Schneidwerkzeug in alle drei Raumrichtungen bewegbar
ist, so dass trotz feststehendem Arbeitstisch ein beliebiger Schnitt
durch das zu schneidende Produkt realisierbar ist.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Vibrationsschneidvorrichtung umfasst
diese eine Mehrzahl von Schneidwerkzeugen, die gleichzeitig durch
ein zu schneidendes Produkt bewegbar sind. Es ist bevorzugt, die
Mehrzahl von Schneidwerkzeugen bezogen auf ihre jeweilige Längsachse
parallel und/oder winkelig zueinander auszurichten. Des Weiteren
ist es bevorzugt, die Mehrzahl von Schneidwerkzeugen parallel und/oder
senkrecht zu ihrer Schneidrichtung versetzt zueinander anzuordnen.
Die vorliegende Erfindung offenbart ebenfalls ein Verfahren zum
Vibrationsschweißen, dass die folgenden Schritte aufweist:
Anregen mindestens eines ersten Schwingkopfs zu Schwingungen in
einem Frequenzbereich unterhalb des Kilohertzbereichs, vorzugsweise
zwischen 50 und 500 Hz, Übertragen der Schwingungen auf
ein Schneidwerkzeug durch eine mechanische Kopplung zwischen dem
ersten Schwingkopf und dem Schneidwerkzeug und Bewegen eines Arbeitstischs
mit einem zu schneidenden Produkt senkrecht zur Längsachse
des Schneidwerkzeugs, so dass das Produkt geschnitten wird. In weiterer
Ausgestaltung obigen Verfahrens umfasst dieses optional die folgenden
Schritte: Anregen von mindestens dem ersten und einem zweiten Schwingkopf,
die mechanisch und/oder elektrisch miteinander gekoppelt sind, und Auslenken
des Schneidwerkzeugs mit einer Frequenz von 50 bis 60 Hz und/oder
einer Amplitude von ±5 mm parallel zur Langsachse des Schneidwerkzeugs.
Als weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist es denkbar, eine Mehrzahl
von Schneidwerkzeugen gleichzeitig durch ein zu schneidendes Produkt
zu bewegen. Zu diesem Zweck sind die Schneidwerkzeuge innerhalb
einer Anordnung parallel und/oder senkrecht zu ihrer Schneidrichtung
versetzt zueinander angeordnet, so dass sie entsprechend dieser
Anordnung durch das zu schneidende Produkt bewegt werden.
-
4. Kurze Beschreibung der begleitenden
Zeichnung
-
Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die begleitende
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform
der Vibrationsschneidvorrichtung,
-
2 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform
der Vibrationsschneidvorrichtung,
-
3 eine
Seitenansicht der Vibrationsschneidvorrichtung aus 2 und
-
4 eine
weitere Ausführungsform der Vibrationsschneidvorrichtung.
-
5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
-
1 zeigt
eine erste Ausführungsform der Vibrationsschneidvorrichtung 1 gemäß vorliegender Erfindung.
Die Vibrationsschneidvorrichtung 1 umfasst einen Schwingkopf 10,
der mit einer Schwingerplatte 15 verbunden ist. Der Schwingkopf 10,
der am Beispiel von 4 näher erläutert
wird, besteht aus einem Massekörper und einem elektromagnetischen Antrieb.
Der elektromagnetische Antrieb des Schwingkopfs 10 ist
mit einer Steuerung verbunden, so dass mit dem Schwingkopf 10 gezielt
mechanische Schwingungen eines bestimmten Frequenzbereichs generierbar
sind. Dieser Frequenzbereich liegt zwischen 50 und 500 Hz, also
unterhalb des Ultraschallbereichs mit Frequenzen im Kilohertzbereich. Vorzugsweise
werden der oder die Schwingköpfe der Vibrationsschneidvorrichtung 1 derart
angesteuert, dass ein Schneidwerkzeug 50 mit einer Frequenz von
50 bis 500 Hz, vorzugsweise 50 bis 60 Hz, bewegt wird.
-
Bezug
nehmend auf
4 wird der Aufbau des Schwingkopfs
10 näher
erläutert. Die Konstruktion des Schwingkopfs
10 entspricht
der des zweiten Schwingkopfs
70, der gegenüber
dem ersten Schwingkopf
10 angeordnet ist. Die Schwingköpfe
10,
70 umfassen
einen Massenkörper
12,
72 und einen elektromagnetischen
Antrieb
14,
74 bestehend aus einer bestrombaren
Spulenanordnung
14a,
74a und einer Weicheisenanordnung
14b,
74b,
die auf einer gemeinsamen Antriebsachse A liegen. Zwischen Spulenanordnung
14a,
74a und
Weicheisenanordnung
14b,
74b befindet sich ein
Luftspalt. Durch Bestromung der Spulenanordnung
14a,
74a wird
die Weicheisenanordnung
14b,
74b in Schwingungen versetzt.
Um die Schwingungen auf das Schneidwerkzeug
50 zu übertragen,
ist die Weicheisenanordnung
14b,
74b über
ein optionales Federpaket
60 mit der Halterung
30,
40 für
das Schneidwerkzeug
50 verbunden (vgl.
4).
Gemäß
2 ist die Weicheisenanordnung
(nicht gezeigt) mit der Halterung
30,
40 verbunden,
während die Halterung
30,
40 federnd über
die Federpakete
60 am Brückenkörper
80 befestigt
sind. Gemäß der unterschiedlichen dargestellten
Ausführungsformen besteht das Federpaket
60 beispielsweise
aus tellerfederähnlichen Federscheiben (vgl.
4)
oder aus einer kammähnlichen Federkonstruktion gemäß
2.
Aufbau und Funktionsweise der oben beschriebenen Schwingköpfe
10,
70 sind
ebenfalls in der
DE 10 2006
011 974 und der
EP 1
772 253 beschrieben.
-
Das
Schneidwerkzeug 50 ist an der ersten 30 und zweiten
Halterung 40 befestigt. Die Halterungen 30, 40 werden
jeweils durch einen Schwingkopf 10, 70 oder nur
durch einen oder mehrere gemeinsame Schwingköpfe in Schwingungen
versetzt. Es ist ebenfalls denkbar, nur ein Ende des Schneidwerkzeugs 50 oder
nur eine Halterung 30 durch Kopplung an einen Schwingkopf 10 in
Schwingungen zu versetzen. In diesem Fall ist das andere Ende des
Schneidwerkzeugs 50 und/oder die andere Halterung 40 federnd,
bspw. durch ein Federpaket, und/oder in einem Gleitlager befestigt,
um die Bewegungen des Schneidwerkzeugs 50 zu unterstützen.
Somit bestünde die einfachste Ausgestaltung der Vibrationsschneidvorrichtung 1 aus
einem an einem Ende des Schneidwerkzeugs 50 angeordneten
Federpaket, dem Schneidwerkzeug 50 und einem an dem anderen
Ende des Schneidwerkzeugs 50 angeordneten Schwingkopf.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vibrationsschneidvorrichtung
wird durch diese eine Mehrzahl von Schneidwerkzeugen 50 in
Schwingungen versetzt. Die Mehrzahl von Schneidwerkzeugen 50 dient
dazu, gleichzeitig mehrere Schnitte im zu schneidenden Produkt auszuführen.
Es ist beispielsweise denkbar, mit Hilfe der Vibrationsschneidvorrichtung 50 eine
Torte gleichzeitig in drei Teile zu schneiden. Zu diesem Zweck sind zwei
oder drei Schneidwerkzeuge 50 an der ersten 30 und
zweiten Halterung 40 auf die oben beschriebene Weise befestigt.
Zudem sind die mehreren Schneidwerkzeuge 50 bezogen auf
die Schneidrichtung durch das zu schneidende Produkt senkrecht zueinander
versetzt, also mit einem bestimmten Abstand, angeordnet. Dieser
Abstand zwischen den Schneidwerkzeugen 50 definiert beispielsweise
die Dicke einer aus dem zu schneidenden Produkt herauszuschneidende
Schicht. Um zudem eine gegenseitige Behinderung der mehreren Schneidwerkzeuge 50 während
des Schneidvorgangs zu vermeiden, sind diese bevorzugt ebenfalls
parallel zur Schneidrichtung durch das zu schneidende Produkt versetzt zueinander
angeordnet. Basierend auf dieser Anordnung ist gewährleistet,
dass die Schneidwerkzeuge 50 nacheinander das zu schneidende
Produkt schneiden. Dies verhindert, dass beim Schneiden verdrängtes
Material den Schneidvorgang eines weiteren Schneidwerkzeugs 50 behindert.
Somit sind die mehreren Schneidwerkzeuge 50 sowohl in der
Höhe als auch in der Tiefe in Bezug zueinander versetzt
angeordnet.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vibrationsschneidvorrichtung 1 sind
die mehreren oder ein Teil der Schneidwerkzeuge 50 nicht
parallel zueinander angeordnet. Es sind ebenfalls bezogen auf die
Längsachsen der Schneidwerkzeuge 50 winkelige
Ausrichtungen zueinander denkbar, um bestimmte Schneidmuster in
dem zu schneidenden Produkt zu erzielen.
-
Vorzugsweise
sind die erste 30 und zweite Halterung 40 mit
einer Klemmvorrichtung 34, 44 und einer Spannvorrichtung 32, 42 für
das Schneidwerkzeug 50 ausgestattet (vgl. 1, 2).
Die Klemmvorrichtung 34, 44 gewährleistet
ein genaues Halten und Führen des Schneidwerkzeugs 50.
Die Spannvorrichtung 32, 42 ermöglicht
ein Vorspannen und/oder Nachspannen des Schneidwerkzeugs 50. Die
Ausgestaltung und Notwendigkeit der Klemm- 34, 44 und
Spannvorrichtung 32, 42 ist abhängig
von der Form und Nutzung des Schneidwerkzeugs 50.
-
Das
Schneidwerkzeug 50 wird gemäß verschiedener
Ausführungsformen durch eine glatte Klinge, eine gezahnte
Klinge, eine Klinge mit Wellenprofil, einen Draht oder ein Seil
gebildet. Das Schneidwerkzeug 50 ist ungefähr
10 bis 150 cm lang, vorzugweise 30 bis 100 cm.
-
Die
durch einen oder eine Mehrzahl von Schwingköpfen 10, 70 erzeugten
Schwingungen werden über die Halterungen 30, 40 derart
auf das Schneidwerkzeug 50 übertragen, dass das
Schneidwerkzeug 50 in Richtung seiner Längsachse
ausgelenkt wird. Die vom Schneidwerkzeug 50 auf diese Weise
parallel zu seiner Längsachse ausgeführten Schwingungen
werden in Frequenz und Amplitude durch die Steuerung der Schwingköpfe 10, 70 vorgegeben.
Das Schneidwerkzeug 50 schwingt mit Amplituden im Bereich
von 5 bis –5 mm. Dieser Amplitudenbereich entspricht den
Dimensionen beispielsweise einer Zahnstruktur einer gezahnten Klinge,
so dass die Zahnstruktur sägend im zu schneidenden Produkt
bewegt wird. Somit ergänzen sich bei einer schwingenden
Schneidbewegung des Schneidwerkzeugs 50 die schneidenden
Hin- und Herbewegungen und die Geometrie des Schneidwerkzeugs 50, beispielsweise
Sägezähne, um eine optimale Schneidwirkung zu
erzielen.
-
Zur
Steuerung der Schwingköpfe 10, 70 einzeln
oder in Kombination wird an die jeweilige Spulenanordnung 14a, 74a eine
elektrische Spannung angelegt. Diese elektrische Spannung erzeugt
in der Spulenanordnung 14a, 74a eine elektromagnetische Kraft,
die die Weicheisenanordnung 14b, 74b und damit
die Halterung 30, 40 entgegen der Rückstellkraft
der Federpakete 60 in Richtung auf die Spulenanordnung 14a, 74a zu
ziehen sucht. Beim Abschalten der elektrischen Spannung führt
die Rückstellkraft der Federpakete 60 die Weicheisenanordnung 14b, 74b und
somit die Halterung 30, 40 wieder in die Ruhelage
zurück. Bei dieser Rückbewegung wird in den Federpaketen 60 gespeicherte
Energie in eine Bewegung der Weicheisenanordnung 14b, 74b und somit
der Halterungen 30, 40 über deren Ruhelage hinaus
umgewandelt. Im Idealfall geringer Verluste erfolgt dies nahezu
mit derselben Amplitude wie bei der Bewegung in Richtung auf die
Spulenanordnung 14a, 74a zu. Wird nun eine Wechselspannung
an die Spulenanordnung 14a, 74a angelegt, so führen
die Weicheisenanordnungen 14b, 74b und die Halterungen 30, 40 eine
lineare Schwingungsbewegung aus, die als Antrieb für die
Vibrationsschneidvorrichtung 1 genutzt werden.
-
Besonders
effektiv arbeitet der Schwingkopf 10, 70 dann,
wenn als Arbeitsfrequenz für die elektrische Ansteuerung
des elektromagnetischen Antriebs 14, 74 diejenige
Frequenz genutzt wird, die mit der mechanischen Resonanzfrequenz
der Vibrationsschneidvorrichtung 1 korrespondiert. Die
mechanische Resonanzfrequenz ergibt sich im Wesentlichen aus der
Federrate der Federpakete 60 und den beteiligten schwingenden
Massen der Schwingköpfe 10, 70. Bei einer
bevorzugten Ansteuerung des elektromagnetischen Antriebs 14, 74 entspricht
die elektrische Resonanzfrequenz der Hälfte der mechanischen
Resonanzfrequenz.
-
Gemäß der
in den 2, 3, 4 dargestellten
Ausführungsformen sind die mindestens zwei Schwingköpfe 10, 70 nicht
nur über das Schneidwerkzeug 50, sondern ebenfalls über
den Brückenkörper 80 mechanisch miteinander
verbunden. Der Brückenkörper 80 verbindet
die Massekörper der Schwingköpfe 10, 70,
so dass sie ein einheitliches Massensystem bilden. Bei dieser Ausgestaltung
werden die Spulenanordnungen 14a, 74a der beiden
Schwingköpfe 10, 70 abwechselnd elektrisch angesteuert,
um eine harmonische Schwingung der Weicheisenanordnungen 14b, 74b,
der Halterungen 30, 40 und des Schneidwerkzeugs 50 zu
erzeugen. Die Federpakete 60 der beiden Schwingköpfe 10, 70 werden
somit nur noch zur Rückstellung des Schwingkopfs 10, 70 in
seine Ruhelage bzw. mit den schwingenden Massen zum Erzeugen einer
mechanischen Resonanzfrequenz benötigt. Die Auslenkungen
des Schwingkopfs 10, 70 aus der Ruhelage in beide
Richtungen werden von den beiden Spulenanordnungen 14a, 74a erzeugt,
die abwechselnd elektrisch angesteuert werden. Auf diese Weise wird
eine stabile und funktionssichere Vibrationsschneidvorrichtung 1 bereitgestellt,
bei der das Schneidwerkzeug 50 eine lineare Schwingung
ohne überlagerte vertikale Komponenten ausführt.
-
Gemäß unterschiedlicher
Ausführungsformen ist es denkbar, den Brückenkörper 80 zu
nutzen oder auch wegzulassen. Wird der Brückenkörper 80 weggelassen,
sind die beiden Schwingköpfe 10, 70 mechanisch
entkoppelt. Eine mechanische Verbindung zwischen den beiden gegenüber
angeordneten Schwingköpfen 10, 70 erfolgt
lediglich über das Schneidwerkzeug 50. Da sich
bei dieser Ausführungsform eine gemeinsame Frequenz der
Schwingungen der beiden Schwingköpfe 10, 70 nicht
selbsttätig einstellt, muss eine entsprechende elektrische Kopplung
bzw. gemeinsame Ansteuerung der beiden Schwingköpfe vorgesehen
werden. Bei dieser Steuerung werden die Frequenz und die Amplitude
der Schwingungen der beiden Schwingköpfe 10, 70 so gesteuert
bzw. geregelt, dass die Frequenz der beiden Schwingköpfe 10, 70 übereinstimmt
und die Amplituden gegenphasig sind.
-
Die
in den Figuren dargestellten Ausführungsformen stellen
nur eine Auswahl von möglichen Konstruktionen einer Vibrationsschneidvorrichtung 1 dar.
Somit ist es ebenfalls denkbar, neben dem einen Schwingkopf 10 in 1 und
den zwei Schwingköpfen 10, 70 in den 2 bis 4 auch
eine größere Anzahl von Schwingköpfen
einzusetzen. Diese würden beispielsweise nebeneinander
in Gruppierungen angeordnet werden, während innerhalb der
Gruppierungen die Schwingköpfe dann mechanisch und/oder elektrisch
miteinander gekoppelt sind. Insbesondere sind Anordnungen möglich,
bei denen sowohl die Halterungen 30, 40 wie auch
die Massekörper der Schwingköpfe 10, 70 mechanisch
entkoppelt sind, so dass dann eine Synchronisation der Schwingungen der
Schwingköpfe 10, 70 ausschließlich über
eine elektrische Kopplung und eine gemeinsame Ansteuerung erfolgt.
-
Mit
den oben beschriebenen konstruktiven Besonderheiten der Vibrationsschneidvorrichtung 1 lässt
sich somit ein Vibrationsschneiden durchführen, bei dem
zunächst mindestens ein erster Schwingkopf zu Schwingungen
in einem Frequenzbereich unterhalb des Kilohertzbereichs, vorzugsweise
zwischen 50 und 500 Hz angeregt wird. Die angeregten Schwingungen
werden auf das Schneidwerkzeug 50 durch die verschiedenen
beschriebenen Konstruktionen übertragen. Bewegt sich nun
ein Arbeitstisch 90 (vgl. 4) mit einem
darauf angeordneten, zu schneidenden Produkt senkrecht zur Längsachse des
Schneidwerkzeugs 50, wird das Produkt aufgrund der Schwingungen
des Schneidwerkzeugs 50 geschnitten. Um die Schwingungen
des Schneidwerkzeugs 50 optimal auf das zu schneidende
Material abstimmen zu können, werden die oben beschriebenen
mechanischen und/oder elektrischen Kopplungen innerhalb der Vibrationsschneidvorrichtung 1 eingesetzt.
Während sich einerseits der Arbeitstisch 90 parallel
zur Schneidrichtung, vorzugsweise in alle drei Raumrichtungen, bewegen
kann, um den gewünschten Schnitt durchzuführen,
ist es ebenfalls bevorzugt, dass das Schneidwerkzeug 50 bewegt wird,
während der Arbeitstisch 90 fest installiert ist. Zu
diesem Zweck ist die Vibrationsschneidvorrichtung 1 derart
angeordnet, dass sie zumindest in Schneidrichtung, vorzugsweise
in alle drei Raumrichtungen, bewegbar ist. Auf diese Weise sind
beliebige Schnitte in einem zu schneidenden Produkt realisierbar.
Es ist ebenfalls denkbar, das Bewegen von Arbeitstisch 90 und/oder
Vibrationsschneidvorrichtung 1 zum Ausführen eines
bestimmten Schnitts computergesteuert durchzuführen. Auf
dieser Grundlage sind sowohl Schnittdauer, Schnittgeschwindigkeit und
Schnittverlauf vorgebbar, während des Schneidens veränderbar
und auf unterschiedliche zu schneidende Materialien optimal anpassbar.
-
Bezüglich
des Bewegens von Arbeitstisch 90 und/oder Vibrationsvorrichtung 1 ist
es ebenfalls denkbar, das Bewegen in zwei Raumrichtungen speziell
zum Positionieren des zu schneidenden Produkts bzw. des Schneidwerkzeugs 50 vorzusehen, während
die Bewegung in der dritten Raumrichtung an den auszuführenden
Schneidprozess angepasst ist. Um dies zu realisieren, würde
man unterschiedliche Antriebe für die unterschiedlichen
Raumrichtungen in der Vibrationsschneidvorrichtung 1 und/oder dem
Arbeitstisch 90 einsetzen, da beispielsweise das Ausführen
einer Schneidbewegung einen weniger genau positionierbaren aber
stärkeren Antrieb erfordert als ein Antrieb, der speziell
auf das Positionieren ausgerichtet ist. Es ist des Weiteren denkbar,
die Bewegung in die drei Raumrichtungen auf die Vibrationsschneidvorrichtung 1 und
den Arbeitstisch 90 aufzuteilen. Während der Arbeitstisch 90 beispielsweise
nur zum Positionieren in zwei Raumrichtungen verstellbar ist, würde
es entsprechend genügen, wenn die Vibrationsschneidvorrichtung 1 nur
in die dritte verbleibende Raumrichtung zum Schneiden bewegbar wäre.
Auf diese Weise wären die Freiheitsgrade in der Bewegung
beliebig auf Arbeitstisch 90 und Vibrationsschneidvorrichtung 1 aufteilbar.
-
Um
die Geometrie des Schneidwerkzeugs 50, beispielsweise die
Sägezahnstruktur oder ein Wellenschliff, mit optimaler
Schneidwirkung im zu schneidenden Produkt einsetzen zu können,
wird das Schneidwerkzeug 50 in einem Amplitudenbereich
von ±1 bis 10 mm, vorzugsweise ±1 bis 5 mm, parallel
zu seiner Längsachse ausgelenkt. In Kombination dazu oder
allein ist es ebenfalls bevorzugt, das Schneidwerkzeug 50 mit
einer Frequenz von 50 bis 60 Hz schwingen zu lassen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006011974 [0020]
- - EP 1772253 [0020]