DE102008056372A1

DE102008056372A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden

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Publication number: DE102008056372A1
Application number: DE200810056372
Authority: DE
Original assignee: Harburg Freudenberger Maschinenbau GmbH
Current assignee: Harburg Freudenberger Maschinenbau GmbH
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2010-04-29
Also published as: WO2010048934A1

Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zum Schneiden von elastomeren Materialien. Zwischen einem Schneidmesser und dem zu schneidenden Material wird entlang einer Schneidlinie eine Relativbewegung erzeugt. Das Schneidmesser wird durch Ultraschall in eine Schwingung mit einer Schwingungsrichtung mindestens teilweise senkrecht zur Schneidlinie versetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden von elastomeren Materialien, bei dem eine Relativbewegung zwischen einem Schneidmesser und dem zu schneidenden Material entlang einer Schneidlinie erzeugt wird.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zum Schneiden von elastomeren Materialien, die ein Schneidmesser aufweist, das entlang einer Schneidlinie geführt ist.
Derartige verfahren und Vorrichtungen werden beispielsweise verwendet, um elastomere Materialien zu schneiden, die zur Herstellung von Fahrzeugreifen verwendet werden. Es werden hier in der Regel lange bahnförmige Vormaterialien verwendet, die in geeignete Abschnittlängen unterteilt und dann einer Reifenaufbautrommel zugeführt werden.
Besonders problematisch ist die Durchführung der Schneidvorgänge, wenn elastomere Materialien mit entlang der Schneidlinie unterschiedlichen Materialdicken und/oder unterschiedlichen Materialfestigkeiten zu schneiden sind bzw. wenn einander überlappende Schichten von elastomeren Materialien in Richtung der Schneidlinie hintereinander angeordnet und durch den Schneidvorgang zu zertrennen sind. Ebenfalls erweist sich ein Schneiden von elastomeren Materialien mit eingebetteten Verstärkungsfäden als problematisch, wenn die Verstärkungsfäden durchtrennt werden sollen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß der Schneidvorgang mit hoher Genauigkeit, hoher Geschwindigkeit sowie geringer Störungsanfälligkeit durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schneidmesser durch Ultraschall in eine Schwingung mit einer Schwingungsrichtung mindestens teilweise senkrecht zur Schneidlinie versetzt wird.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß eine verbesserte Schneidqualität bereitgestellt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schneidmesser mit einem Generator für Ultraschall derart gekoppelt ist, daß eine Schwingungsamplitude des Ultraschalls mit einer Schwingungsrichtung versehen ist, die sich wenigstens teilweise senkrecht zur Schneidlinie erstreckt.
Durch die aufgrund des einwirkenden Ultraschalls generierte Schwingung im Schneidmesser wird trotz der haftenden bzw. klebenden Eigenschaften sowie der Nachgiebigkeit der elastomeren Materialien eine hohe Schnittgeschwindigkeit bei gleichzeitig hoher Schnittqualität unterstützt. Insbesondere wird vermieden, daß das Schneidmesser das zu schneidende Material vor sich herschiebt und hierdurch einen nicht linearen Verlauf der Schneidlinie verursacht.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, derartige Schneideerfahren und Schneidvorrichtungen zum Zerschneiden von sich bereichsweise überlappenden Schichten von elastomeren Materialien zu verwenden, wobei die Schichten im wesentlichen durch klebrige Oberflächeneigenschaften der Materialien reversibel aneinander haften. Bei einem Zerschneiden derartiger Materialschichten wird durch das erfindungsgemäße Vorgehen vermieden, daß eine Querverschiebung in den Materiallagen verursacht wird, die die Schneidqualität erheblich beeinträchtigen würde.
Ein Schneiden insbesondere von elastomeren Materialien, in die Verstärkungsfäden eingebettet sind, wird dadurch unterstützt, daß das Material durch ein Schneidmesser aus einem harten Werkstoff, insbesondere Hartmetall zerschnitten wird. Die Verwendung von Hartmetall ermöglicht eine hohe Schärfe der Klinge im Vergleich zu sonst üblichen Werkstoffen für Ultraschallmesser.
Eine gute Schneidwirkung bei gleichzeitig weitgehender Vermeidung von Schubkräften wird dadurch erreicht, daß das Schneidmesser bei der Durchführung des Schneidvorganges mit einer Schneidklinge mit einem Winkel schräg zur Schneidlinie geführt wird.
Ein Verbinden von Endbereichen von Abschnitten des elastomeren Materials wird dadurch unterstützt, daß das Schneidmesser bei der Durchführung des Schneidvorganges mit einer Messerebene in einem Winkel schräg zu einer vom Schneidgut aufgespannten Bezugsebene geführt wird. Es wird hierdurch ein Schnittwinkel bereitgestellt.
Eine nochmals verbesserte Schneidqualität kann dadurch erreicht werden, daß das Schneidmesser bei der Durchführung des Schneidvorganges in einer Vertiefung eines Gegenelementes geführt wird.
Abnutzungen am Schneidmesser können dadurch minimiert werden, daß das Schneidmesser in einem Gegenelement aus Kunststoff geführt wird.
Eine typische Anwendung besteht darin, daß vom Schneidmesser unvulkanisiertes Gummi zerschnitten wird.
Insbesondere ist daran gedacht, daß vom Schneidmesser Material für einen Reifenaufbau zerschnitten wird.
Die weitgehende Vermeidung von Vorschubkräften macht das Verfahren besonders dafür geeignet, daß vom Schneidmesser Schichtmaterial zerschnitten wird.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch ein elastomeres Material, bei dem sich unterschiedliche Materialschichten bereichsweise überlappen,
2 eine Seitenansicht einer mit Ultraschall erregten Schneideinrichtung für elastomere Materialien,
3 eine Seitenansicht eines Schneidmessers,
4 eine Ansicht gemäß Schnittlinie IV in 3 und
5 eine Draufsicht auf ein entlang einer Schneidlinie geführtes Schneidmesser mit schräg gestelltem Schneidmesser.
1 zeigt einen Querschnitt durch ein zu zerschneidendes bahnförmiges elastomeres Material (1). Gemäß der dargestellten Ausführungsform besteht das Material aus einzelnen Lagen (2, 3, 4), wobei sich jeweils die Lagen (2, 3) bzw. (3, 4) bereichsweise überlappen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt 1 einen Querschnitt durch ein als Innenlage für einen Fahrzeugreifen vorgesehenes elastomeres Material (1). Die Lage (3) besteht hierbei aus einem relativ dünnen unvulkanisierten Gummi, die Lagen (2, 4) bestehen aus einem relativ zur Lage (3) dickeren Material. Typischerweise haften die Lagen (2, 3, 4) in Überdeckungsbereichen (5, 6) lediglich aufgrund der klebenden Oberflächeneigenschaften von unvulkanisiertem Gummi aufeinander.
2 zeigt eine Seitenansicht einer Schneideinrichtung (7) für das in 2 nicht dargestellte elastomere Materi al (1). Die Schneideinrichtung (7) weist ein Schneidmesser (8) sowie eine Materialführung (9) auf. Im Bereich der Materialführung (9) ist ein Gegenelement (10) für das Schneidmesser (8) angeordnet, das eine schlitzartige Vertiefung (11) aufweist, in der das Schneidmesser (8) bei einer Durchführung des Schneidvorganges geführt ist. Das Gegenelement (10) ist vorzugsweise aus einem Kunststoff ausgebildet. Gemäß einer Ausführungsvariante ist daran gedacht, daß die Vertiefung (11) bei einer ersten Durchführung eines Schneidvorganges vom Schneidmesser (8) selbst hergestellt wird.
Das Schneidmesser (8) wird von einer Messerhalterung (12) positioniert, die von einer Positioniereinrichtung (13) entlang einer vorgesehenen Schneidlinie verfahrbar ist. Die Messerhalterung (12) umfaßt einen Ultraschallgeber (14), der das Schneidmesser (8) in eine zugeordnete Schwingung versetzt.
3 zeigt eine Seitenansicht des Schneidmessers (8) mit einem Kupplungselement (15), das zur Verbindung des Schneidmessers (8) mit der Messerhaltung (12) dient. Vom Ultraschallgeber (14) wird das Schneidmesser (8) in Richtung einer Messerlängsachse (16) in Schwingungen versetzt.
Das Schneidmesser (8) besteht aus einem plattenartigen Hauptkörper (17) sowie Schneidkanten (18, 19, 20, 21). Die Schneidkanten (18, 19, 20, 21) werden typischerweise durch ein Anschleifen des Hauptkörpers (17) hergestellt. Die Schneidkante (21) verläuft beim dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen parallel und mit einem Abstand zur Messerlängsachse (16) und begrenzt den Hauptkörper (17) in Richtung einer vorgesehenen Vorschubrichtung (22), in die das Schneidmesser (8) bei einer Durchführung eines Schneid vorganges bewegt wird. Im allgemeinen kann die Schneidkante (21) auch mit einem Winkel im Bereich von 0° bis 75° geneigt zu dieser parallelen Richtung verlaufen, beispielsweise als Verlängerung der Schneidkante (19). Die Schneidkante (21) ist von einer kurzen Schneidkante (20) in die Schneidkante (19) übergeleitet, die mit einem Winkel (23) schräg zu einer senkrecht zur Messerlängsachse (16) verlaufenden Bezugsebene orientiert ist. Der Winkel (23) beträgt typischerweise etwa 15°. Im Bereich einer der Schneidkante (21) abgewandten Messerrückseite (24) ist die Schneidkante (19) in eine Schneidkante (18) übergeleitet. Die Schneidkante (18) spannt einen Winkel (25) zu einer von der Messerrückseite (24) definierten Bezugsebene auf. Der Winkel (25) beträgt typischerweise etwa 45° und unterstützt ein Zurückfahren des Schneidmessers (8) entgegen der Vorschubrichtung (22).
4 veranschaulicht nochmals den plattenförmigen Aufbau des Hauptkörpers (17) sowie die Halterung des Schneidmessers (8) vom Kupplungselement (15).
5 veranschaulicht die Führung des Schneidmessers (8) entlang einer Schneidlinie (26). Die Schneidlinie (26) erstreckt sich hierbei im wesentlichen quer zu einer Transportrichtung (27) des elastomeren Materials (1). Eine besonders gute Schnittqualität kann dadurch erreicht werden, daß sich der plattenförmige Hauptkörper (17) des Schneidmessers (8) mit einem Winkel (28) zur Schneidlinie (26) erstreckt. Typischerweise beträgt der Winkel (28) etwa 15°.
Das Schneidmesser (8) besteht typischerweise aus Hartmetall. Die Dimensionierung des Winkels (23) mit einem Wert von etwa 15° vermeidet zum einen eine unerwünschte Verschiebung des Materials (1) bei der Durchführung des Schneidvorganges und stellt andererseits dennoch einen ausreichenden Gegendruck bei der Durchführung des Schnittes bereit. Ebenfalls kann hierdurch die bei einer Ausbildung des Schneidmessers (8) aus Hartmetall begrenzten Messerbreite berücksichtigt werden.
Die Vertiefung (11) im Bereich des Gegenelementes (10) weist typischerweise eine Tiefe von 0,2 bis 0,5 mm auf und führt das Schneidmesser (8) bei der Durchführung des Schneidvorganges. Die Schrägstellung des Schneidmessers (8) mit dem Winkel (28) relativ zur Schneidlinie (26) vermeidet ein Ankleben des geschnittenen Materials auf der Schneidleiste. 2 veranschaulicht, daß das Schneidmesser (8) auch relativ zu einer von der Materialführung (9) aufgespannten Bezugsebene (29) schräg angeordnet ist. Ein Einstellwinkel (30) beträgt typischerweise etwa 45°.
Im Bereich der Materialführung (9) sind typischerweise Profile oder Vertiefungen angeordnet, die mit Unterdruck beaufschlagt werden können. Durch die Unterdruckbeaufschlagung wird das elastomere Material (1) gegen die Bezugsebene (29) gesaugt und hierdurch bei der Durchführung des Schneidvorganges stabilisiert.
Gemäß einer bevorzugten Anwendung im Bereich der Reifenherstellung wird ein Schneiden von elastomeren Materialien aus unterschiedlichen Gummimischungen unterstützt. Insbesondere unterstützt das vom Ultraschallgeber (14) in Schwingungen versetzte Schneidmesser (8) das Zerschneiden von elastomeren Materialien (1), in die Verstärkungsfäden eingebettet sind.
Als Material für das Gegenelement (10) kann beispielsweise Polyethylen verwendet werden. Die Schrägstellung des Schneidmessers (8) mit dem Winkel (28) relativ zur Bezugsebene (29) führt zu angeschrägten Enden der Abschnitte des elastomeren Materials, so daß sich nach einem Aufwickeln dieser Abschnitte auf eine Reifenaufbautrommel die Enden um etwa 5 mm überlappen können.
Typische Frequenzbereiche für den Ultraschall zur Schwingungsanregung des Schneidmessers (8) sind 20, 30 oder 40 kHz. Bevorzugt ist eine Frequenz von etwa 30 kHz. Eine typische Schneidgeschwindigkeit entlang der Schneidlinie (26) beträgt 20 bis 60 mm/s, bevorzugt 30 mm/s.

Claims

Verfahren zum Schneiden von elastomeren Materialien, bei dem eine Relativbewegung zwischen einem Schneidmesser und dem zu schneidenden Material entlang einer Schneidlinie erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidmesser (8) durch Ultraschall in eine Schwingung mit einer Schwingungsrichtung mindestens teilweise senkrecht zur Schneidlinie (26) versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material durch ein Schneidmesser (8) aus einem harten Werkstoff, insbesondere Hartmetall, zerschnitten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schneide (19) des Schneidmessers (8) mit einem Winkel (23) von 10° bis 30°, vorzugsweise von 15°, relativ zu einer vom Schneidgut aufgespannte Bezugsebene (29) geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidmesser (8) bei der Durchführung des Schneidvorganges mit einer von einem plattenförmigen Hauptkörper (17) aufgespannten Ebene mit einem Winkel (28) schräg zur Schneidlinie (26) geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidmesser (8) bei der Durchführung des Schneidvorganges mit einer vom Hauptkörper (17) aufgespannten Ebene in einem Winkel (30) schräg zu einer vom Schneidgut aufgespannten Bezugsebene (29) geführt wird.
verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidmesser (8) bei der Durchführung des Schneidvorganges in einer Vertiefung (11) eines Gegenelementes (10) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidmesser (8) in einem Gegenelement (10) aus Kunststoff geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vom Schneidmesser (8) unvulkanisiertes Gummi zerschnitten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vom Schneidmesser (8) Material für einen Reifenaufbau zerschnitten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vom Schneidmesser (8) Schichtmaterial zerschnitten wird.
Vorrichtung zum Schneiden von elastomeren Materialien, die ein Schneidmesser aufweist, das entlang einer Schneidlinie geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidmesser (8) mit einem Generator für Ultraschall derart gekoppelt ist, daß eine Schwingungsamplitude des Ultraschalls mit einer Schwingungsrichtung versehen ist, die sich wenigstens teilweise senkrecht zur Schneidlinie (26) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidmesser (8) von einer Messerhalterung (12) mit einer Positioniereinrichtung (13) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidmesser (8) aus einem harten Werkstoff, insbesondere aus Hartmetall, ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidmesser (8) in einer der Messerhalterung (12) abgewandten Richtung von einem Gegenelement (10) in einer Vertiefung (11) geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenelement (10) aus Kunststoff ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schneidkante (19) des Schneidmessers (8) schräg zu einer Messerlängsachse (16) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidmesser (8) im Bereich einer Messerrückseite mit einer Schneidkante (18) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Schneidkante (18) des Schneidmessers (8) eine Verrundung kleiner als 1 μm aufweist.