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Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Bestimmung der Schärfe von Schneidwerkzeugen zum Schneiden fadenförmiger Stoffe.
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Bekannt sind Anordnung zur Qualitätsbestimmung von Schneidwerkzeugen, bei denen optische Verfahren eingesetzt werden. Optisch vermessen werden Parameter wie Kantenwinkel, Dicke der Klinge, Geometrie des Schneidenwinkels und Schneidenradius. Aus der optischen Vermessung einer Schneide wird die Schärfe der Klinge abgeleitet. Bei der optischen Vermessung wird die Klinge nicht belastet oder zerstört, da keine Schnitte durchgeführt werden. Häufig wird nur bei optischen Messmethoden nur die Geometrie des Schneidenwinkels als Merkmal für die Klingenqualität und die Schärfe herangezogen. Optische Schärfemessung, insbesondere die alleinige Messung des Schneidenwinkels, sind sehr unzureichend, um eine Aussage über die Schärfe einer Klinge zu treffen.
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Neben optischen Untersuchungen werden mechanische Schärfemessungen vorgenommen, wobei die Klinge an einem Prüfmedium (z. B. Papier, Kautschuk oder Filz) getestet wird. Bei einigen Messsystemen wird die Kraft, die zum Zerschneiden oder zum Eintauchen in eine bestimmte Tiefe des Mediums benötigt wird, gemessen.
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Bei der
WO 08139043 A handelt es sich um eine manuelle Prüfvorrichtung für die Schneidfähigkeit von Messerklingen bei Längsschnitten durch ein Prüfmedium.
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Aus der
US 5571956 A ist eine Apparatur und einen Methode zur quantitativen Messung der Schärfe von Schneidkanten zu entnehmen. Es werden flächige Prüfmedien untersucht und der Schnittvorgang mittels Kraftmessung verfolgt.
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In der
US 4178797 A wird eine Maschine zum Testen der Schärfe, insbesondere von chirurgischen Messerklingen dargestellt. Hierbei zerschneidet eine mit einem Gewicht beschwerte Klinge ein rotierendes Prüfmedium. Die Schärfe der Klinge wird anhand der Umdrehungen des Prüfmediums bis zur vollständigen Zertrennung ermittelt.
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Die
US 1780822 A zeigt eine Apparatur zur Prüfung von Messerklingen mittels Papierschnittversuch an einem Papierstapel. Das Patent
US 2473994 A offenbart eine Apparatur zur Prüfung von Messerklingen mittels Papierschnittversuch ohne Einrichtung zur Messung einer Kraft.
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Die bekannten Messmethoden und Apparaturen unterliegen meistens der subjektiven Beurteilung des jeweiligen Prüfers. Subjektive Prüfungen bringen prüferabhängige Fehlerquellen mit sich.
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Neben der erwähnten
US 5571956 A sind Einrichtungen zur Kraftmessung bekannt, bei denen die aufgewandte Kraft beim Aufsetzen oder beim Eindringen eines Schneidwerkzeugs auf oder in ein Medium gemessen wird. Die
WO 2007073733 A1 zeigt eine Simulationsvorrichtung für Eindringvorgänge einer Nadel in ein Kunststoffmodell, insbesondere als Simulation einer von einem Operateur ausgeübte Handlung beim Eindringen in den menschlichen Körper. Die von dem Operateur mit der Nadel aufgebrachte Kraft wird mittels eines Kraftsensors gemessen und als elektrisches Messsignal einem Rechner zugeführt.
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Es ist eine Messapparatur zum Testen von Kanülen bekannt, wobei eine Kanüle zum Durchstechen einer Folie gebracht wird (Dissertation „Zur Herstellung und zum Einsatz mikrotechnisch gefertigter Diamantwerkzeuge"; Stephan Ertl, Universität Freiburg, 2003). Die Kanüle ist an einer Kraftmessdose befestigt, wobei eine eingespannte Folie schrittmotorgetrieben auf die Kanüle hinbewegt wird. Der Kraftverlauf während des Eindringens und des Durchstechens wird über die Kraftmessdose aufgezeichnet.
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Im untersuchten Stand der Technik findet sich keine Methode zur Quantifizierung der Schärfe von Schneidwerkzeugen für fadenförmige Prüfmedien, insbesondere von flachen Klingen (beispielsweise Skalpellklingen oder Rasierklingen) an Probefäden.
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Aufgabe ist die Entwicklung einer Anordnung und eines Verfahrens für eine reproduzierbare Methode mit Einsatz einer Kraftmesseinrichtung zur Bestimmung der Schärfe und der Standhaltigkeit von Schneidwerkzeugen und insbesondere von flachen Klingen, wobei unterschiedliche Parameter beim Schneidvorgang variierbar sind.
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Die Lösung der Aufgabe wird in einem Anordnungsanspruch und in einem Verfahrensanspruch angegeben. Jeweilige Unteransprüche geben weitere vorteilhafte Ausgestaltungen an.
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Der Kern der Erfindung liegt darin, dass in einer einzigen Hubbewegung (Relativbewegung zwischen mindestens einem Schneidwerkzeug und mindestens einem Prüfmedium) mit der erfindungsgemäßen Anordnung (und in dem mit der Anordnung durchgeführten Verfahren) zum Zwecke der Scharfeprüfung von Schneidwerkzeugen, vorzugsweise von Prüfklingen, eine Mehrzahl von fadenförmigen Prüfmedien geschnitten werden und unmittelbar zu jedem Prüfmedium eine Kraftaufnahme erfolgt woraus die Qualität des (oder der) Schneidwerkzeuge abgeleitet wird.
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Es können an der erfindungsgemäßen Anordnung folgende Einstellparameter diskret oder kontinuierlich verändert werden: Geschwindigkeit der Relativbewegung, Schnitthöhe, Anstellwinkel von Schneidwerkzeugen, Ausspannlänge der Prüfmedien, Zahl der Prüfmedien pro Hubbewegung (Zahl in der Meß-Strecke), Durchmesser fadenförmiger Prüfmedien, Orientierung der Prüfmedien zur Schneidrichtung, Material der Prüfmedien. Über die Variation der Einstellparameter in Versuchsreihen lässt sich der Einfluss des jeweiligen Parameters auf die Qualität eines Schneidwerkzeugs (insbesondere die der Schärfe von Skalpellklingen, Rasierklingen oder ähnlichen Klingen) untersuchen.
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Als Prüfmedien werden verschiedene fadenförmige Stoffe eingesetzt. Vorzugsweise werden synthetische Stoffe eingesetzt, die dem menschlichen Barthaar ähneln. Insbesondere Nylonfäden eignen sich als Probefäden, sie ähneln sehr dem Schneidverhalten von Echthaar. Die Probefäden werden auf der Apparatur mit einer zu testenden Prüfklinge zertrennt, wobei die ausgeübte Kraft erfasst wird. Zur qualitativen Beurteilung der Schärfe der Prüfklinge wird hierbei ein Kraft-Weg-Diagramm erstellt und ausgewertet.
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In einer Klingenaufnahme wird mindestens eine Prüfklinge gehalten. Senkrecht zu ihrer Länge (zur Schneide) und parallel zur Oberfläche der Probenplatte (als Halterung für Probefäden) findet eine Relativbewegung statt. Hierbei kommt es zum Schnitt mit aus der Probenplatte herausragenden und dort eingespannten Probefäden. Vorzugsweise wird der Klingenhalter mittels eines Schlittens in Vorschubrichtung (und zurück) manuell bewegt. In einer erweiterten bevorzugten Ausgestaltung wird die Relativbewegung (Hubbewegung für den Schnitt) über die Länge der Probenplatte motorisch (per Schrittmotor) erzeugt. Es kann Schneidverhalten, Schneidhaltigkeit und Standverhalten von verschiedenen Klingenformen untersucht werden. Als testbare Klingenformen können Klingen mit gerader Schneide (beispielsweise Rasierklingen) oder Klingen mit gebogener Schneide (beispielsweise Skalpellklingen) eingesetzt werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind im folgenden formuliert, wobei die Merkmale einzeln oder gemeinsam verwirklicht sein können.
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Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst eine Vorschubeinrichtung für Probefäden durch eine als Probenlochplatte ausgebildete Probefadenhalterung. Die Vorschubeinrichtung für Probefäden umfasst zwei mit Reibbelag versehene Walzen, wobei zwischen den Walzen die Probefäden insgesamt geführt und transportiert werden, und eine der Walzen antreibbar ausgebildet ist.
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Die Bevorratungseinrichtung für Prüfmedien ist für eine Mehrzahl von Probefäden in Form einer mit Nuten versehenen Fadenrolle ausgebildet.
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In der Probenlochplatte sind vorzugsweise in gerader Linie Bohrungen angeordnet zum Durchfädeln von Probefäden. Die Lage der Bohrungen in der Probenlochplatte sollte vorzugsweise schräg zur Vorschubrichtung der Bewegungseinrichtung sein. In der Fadenrolle befindet sich dieselbe Anzahl Nuten, wie Bohrungen in der Probenlochplatte vorhanden sind.
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Die Halteeinrichtung (Klingenhalter) für mindestens ein Schneidwerkzeug besteht aus einer Klingenaufnahme, auf welcher über eine Klemmplatte das mindestens eine Schneidwerkzeug mittels Schrauben befestigbar ist. Die Bewegungseinrichtung für ein Schneidwerkzeug ist in Form eines Schlittens auf einer Grundplatte ausgebildet. Umgekehrt kann jedoch das mindestens eine Schneidwerkzeug starr angeordnet und Bevorratungseinrichtung mit der Prüfmedienhalterung bewegbar gestaltet sein. Wesentlich ist die Relativbewegung zwischen Probemedium und Schneidwerkzeug.
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Die Messeinrichtung zur Erfassung eines Kraftverlaufs während einer Hubbewegung der Bewegungseinrichtung besteht aus einem auf einer Grundplatte befestigten Kraftaufnehmer. Über ein oder zwei Dehnungsmessstreifen an dem Kraftaufnehmer wird der Kraftverlauf aufgenommen. Als Kraftaufnehmer kann auch ein Piezo-Messelement eingesetzt werden.
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Die Erfindung wird in bevorzugten Ausführungen in mehreren Figuren dargestellt. Das oder die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele stellen keine Einschränkungen des allgemeinen Erfindungsgedankens dar. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
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1: schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung,
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2: Ansicht der Baugruppe Probenzuführung,
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3: ein Klingenhalter auf Vorschubschlitten,
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4: Details der Probenzuführung und Fadenrolle.
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5: die Probenplatte und
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6: ein typisches Kraft-Weg-Diagramm.
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In der Schnittdarstellung von 1 sind die wesentliche Teile einer bevorzugten, erfindungsgemäßen Anordnung schematisch gezeigt. Oberhalb einer Probenplatte 20 befindet sich ein Klingenhalter 11 mit mindestens einer Prüfklinge 6. Die Prüfklinge wird in ihrer Länge der Schneide parallel zur Oberfläche der Probenplatte gehalten. Der Klingenhalter 11 ist gegen die aus der Probenplatte 20 herausragenden Probefäden 8 auf einem (in 1 nicht dargestellten Schlitten) mit einer Hubbewegung verfahrbar. Die Klingenhalter 11 wird mittels eines Schlittens 16 in Vorschubrichtung verfahren und kann so den Hub über die Länge der Probenplatte 20 ausführen. Beim Entlangfahren über die Probenplatte zerschneidet die Prüfklinge die eingespannten und herausragenden Probefäden. Es kommt zu keinem Kontakt zwischen Prüfklinge und Probenplatte. Nach jedem Hub werden die Probefäden 8 über Transportwalzen (siehe 2 und 4) um einen Betrag von etwa 2 bis 3 mm vorgeschoben, und stehen für den nächsten Hub in Position. Der bei der Hubbewegung (Weg s) des Klingenhalters entstehende Widerstand entspricht der aufzuwendenden Kraft F für den Schnitt, welche durch eine Kraftmess-Einrichtung 50 erfasst wird.
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In einer nicht in Figuren dargestellten Ausführungsform können zwischen Klingenhalter und Probenplatte Abstandshalter, etwa in der Form von Kufen oder Rollen vorhanden sein. Hierdurch wird ausgeschlossen, dass es – insbesondere bei sehr geringer Schnitthöhe – zur Berührung der Prüfklinge mit der Oberfläche der Probenplatte kommt.
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Die Probefäden 8 werden aus einer Fadenspule 32 von den angetriebenen Walzen 37 und 38 herausgezogen und durch die Bohrungen 22 in der Probenplatte vorgeschoben. Dieser Ablauf erfolgt zwischen den Hubbewegungen, insbesondere solange bis festgestellt ist, dass diese ihre Schneidhaltigkeit verloren hat. Die Klinge ist stumpf geworden. Die Zahl der Hubbewegungen in Standzeitversuchen bis zur deutlichen Abnahme der Schärfe der Prüfklinge ist ein erster Hinweis auf die Qualität der Prüfklinge.
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In 1 sind sieben Versuchs-Parameter P1 bis P7 angedeutet, wobei in der folgenden Gesamtliste diskret oder kontinuierlich veränderbare Parameter zusammengestellt sind:
- P1
- – Richtung und Geschwindigkeit der Relativbewegung; beispielsweise 20 mm/min
- P2
- – Schnitthöhe, Abstand der Schneidkante der Prüfklinge zur Probenplatte; beispielsweise 0,1 mm
- P3
- – Anstellwinkel der Prüfklinge (etwa in einem Bereich von 18° bis 25°)
- P4
- – Ausspannlänge, freie (nicht eingespannte) Länge der Prüfklinge
- P5
- – Zahl der geschnittenen Probefäden pro Hubbewegung
- P6
- – Durchmesser der Probefäden
- P7
- – Austrittslänge der Probefäden aus der Probenplatte
- P8
- – Orientierung der Probefäden zur Schneidrichtung; vorzugsweise = 90°
- P9
- – Klingenform: mit gerader Schneide (Rasierklinge) oder mit gebogener Schneide (Skalpellklinge)
- P10
- – Einsatz eines Gleit- oder Schmiermittels (z. B. Rasierschaum).
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Zum Abstand der Klinge von der Oberfläche der Probenplatte sei bemerkt, dass beim Rasieren mit einer Rasierklinge meistens relativ kurze Haare geschnitten werden. Daher wird in der Regel mit relativ geringem Abstand (Schnitthöhe P2) gearbeitet. Feinere Abstufungen in der Verstellung der Schnitthöhe zwischen verschiedenen Versuchsreihen von weniger als 1 mm sind kaum notwendig, um die Aussagekraft der Messungen zu verbessern.
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Die Ausspannlänge P4 einer Prüfklinge hängt davon ab, wie dünn und wie elastisch die Prüfklinge ist. Die Ausspannlänge P4 sollte nur so lang gewählt werden, dass die Schneide der Klinge keine Ausweichbewegung während des Schnitts ausführen kann.
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Die 3 zeigt einen Klingenhalter 11. Die Klinge 6 wird auf der Klemmplatte 12.2 fixiert, indem die Klemmplatte auf der Klingenaufnahme 12.1 mit zwei Passschrauben 12.3 verschraubt ist. An der Unterseite der Klemmplatte 12.2 ist eine als Tasche ausgebildete Ausfräsung als Negativ einer oder zweier Klinge(n) vorhanden. In diese Tasche wird die Klinge eingelegt und fixiert. Durch die Fixierung ist die Klinge immer in derselben Position eingespannt. Es sei kurz darauf verwiesen, dass es verschiedenen Klingentypen gibt, die sich im wesentlichen durch ihre Länge (Länge der Schneide), Form der Schneide und auch in ihrer Breite unterscheiden. In der erfindungsgemäßen Anordnung können verschiedene Klemmplatten 12.2 eingesetzt werden, um auch mehrere Klingen nebeneinander einlegen und testen zu können. Die beschriebene Ausfräsung als Klingennegativ kann ebenso auch auf der der Klinge zugewandten Fläche der Klingenaufnahme 12.1 ausgebildet sein.
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Der Klingenhalter 11 sitzt auf einer Adapterplatte 16, die selbst wieder auf einem andeutungsweise dargestellten Transportschlitten 16 montiert ist. Durch zwei Langlöcher 17 (und zugehörige Schrauben 18) kann der obere Teil der Klingenaufnahme seitlich variabel verstellt und der Anstellwinkel (P3) verändert werden.
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Die 2 und 4 zeigen die Baugruppe der Probenzuführung.
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Durch zwei Walzen 37 und 38 werden die Probefäden 8 von der Fadenrolle 32 abgezogen und über die Walzen durch die Bohrungen 22 der Probenplatte 20 geschoben. Bei der Zuführung der Probefäden 8 zur Probenplatte wird eine kontinuierliche und einheitliche Nachführung aller Probefäden verwirklicht. Als einstellbare Austrittslänge (P7) der Probefäden durch die Nachführung kann man feine Abstufungen von je einem Millimeter oder gröbere Abstufungen von 1, 2, 5 und 10 mm wählen.
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Die Fadenrolle 34 liegt drehbar in der Fadenrollenhalterung 31. Zur Erzielung einer Leichtgängigkeit sind in der Fadenrollenhalterung zwei Kugellager eingepresst. Die Fadenrolle lässt sich einfach aus der Fadenrollenhalterung lösen und kann gewechselt werden.
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Für die Walzen 37, 38 sind zwei Walzenaufnahmen auf der Verbindungsplatte 31' vorhanden. Zwischen den beiden Walzenaufnahmen 31 sind die beiden Walzen drehbar gelagert. Eine der Walzen (Transportwalze 38) ist für den Antrieb ausgelegt und kann über die Vorschubschraube 40 manuell weiter gedreht werden. In einer erweiterten Ausführungsform der Anordnung, kann der Antrieb der Vorschubschraube 40 motorisch gestaltet sein, so dass abwechselnd mit dem Takt der Hubbewegung des Klingenhalters der Vorschub der Probefäden erfolgt. Die zweite Walze (Führungswalze 37) ist auf einer Führungsachse gelagert und wird nur über den Kontakt (Rollreibung) der beiden Walzen mitgedreht. Der Kontakt der beiden Walzen wird über eine auf den Walzen aufgebrachte Haftbeschichtung. zum Beispiel als Gummierung umgesetzt. Die Lagerung der Walzen 37 und 38 erfolgt jeweils über Kugellager in der Walzenaufnahmen 39. Die komplette Unterbaugruppe 30 ist über das Langloch 31'' in der Verbindungsplatte 31' oder über eine Winkelplatte und eine Befestigungsplatte an der Kraftmesseinheit 50 befestigt.
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Der bei der Hubbewegung (Weg s) des Klingenhalters entstehende Widerstand K (siehe 1) entspricht der aufzuwendenden Kraft F für den Schnitt, welche durch eine Kraftmess-Einrichtung 50 erfasst wird.
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Die Fadenrolle 32 hat zehn Einstiche (Nuten 34) mit der Breite 36 von 1 mm. Die Zahl der Nuten 34 entspricht der Zahl der Bohrungen 22 in der Probenplatte 20. Die Nuten sind relativ tief eingeschnitten (Bezugszeichen 35 in 1), so dass sie nicht nur zur Aufnahme einer bestimmten Länge der Probefäden dienen, sondern auch noch die Funktion der Führung der Probefäden beim Abrollen erfüllen. Um mehrere unterschiedliche Stoffe als Probefäden nutzten zu können, sollten verschiedene Exemplare der Fadenrolle 32 gefertigt werden und bereit liegen. Damit steht für jeden Typ von Probefaden eine eigene Fadenrolle bereit. Ein Ende der Achse 33 der Fadenrolle 32 kann besonders lang ausgebildet sein. Das lange Achs-Ende dient zum Einspannen in eine rotierende Einrichtung zum schnellen Auffädeln (Umspulen) der Probefäden von einer oder mehreren Vorratsrollen auf die Fadenrolle.
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Die 5 zeigt eine bevorzugte, erfindungsgemäße Probenplatte 20. Über zwei Senkbohrungen ist die Probenplatte 20 mit der Unterbaugruppe 30 verschraubt.
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Die Probenplatte hat eine Breite, die mindestens der Länge der Schneide der Klinge des zu untersuchenden Schneidwerkzeugs entspricht. Die Probenplatte ist mit der menschlichen Haut bei der Rasur zu vergleichen. In der Probenplatte 20 befinden sich zehn, seitlich nebeneinander angeordnete Bohrungen 22. Der Abstand 23 der Bohrungen (quer zur Lage der Klinge) ist 4 mm. Die Bohrungen 22 sind gestuft oder konisch gebohrt, das heißt von unten nach oben mit abnehmendem Durchmesser (siehe auch 1). Der Durchmesser der Bohrung an der Oberfläche der Probenplatte ist 0,2 mm. Der Vorteil einer sich von unten nach oben verjüngenden Bohrung besteht insbesondere darin, dass sich die Probefäden von unter in die Bohrungen leicht einfädeln lassen. Eingesetzte Probefäden haben bevorzugt einen Durchmesser d von 0,15 mm.
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Die Anzahl und die Lage der Austrittsbohrungen 22 für die Probefäden auf der Probenplatte können unterschiedlich gewählt werden. Wie schon erwähnt, kann die Lage der Austrittsbohrungen in Bezug auf die Vorschubrichtung der Klinge durch Drehen der Klingenaufnahme verändert werden. Außerdem ist der Ersatz einer Probenplatte gegen eine andere mit anderem Bohrungsmuster möglich.
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Vorzugsweise sollten die Austrittsbohrungen 22 quer zur Schnittrichtung liegen. Bei einer Anreihung (gestrichelte Linie 25) hintereinander, würde bei einer Hubbewegung nur eine Stelle der Prüfklinge beaufschlagt und nicht mehrere Stelle auf der Länge der Klinge. Bevorzugt wird eine diagonale Anordnung der Austrittsbohrungen, also schräg zur Schneidrichtung gewählt. Für Klingen mit gebogener Schneide kann ebenfalls ein Lochmuster gestaltet sein, bei dem die Bohrungen auf einer Kurve liegen. Man kann weiterhin auch Probenplatten einsetzen, die eine unregelmäßige Verteilung der Austrittsbohrungen auf der Fläche aufweisen.
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Die Baugruppe der Probenzuführung ist um 90° schwenkbar konstruiert. Damit kann ihre Position gegen die Position des Klingenhalters um 90° verändert werden. Als Erweiterung des Aufbaus kann auch vorgesehen sein, einen beliebigen Winkel zwischen 0 und 90° einstellbar zu machen, so dass die Lochreihe (22, 25) auf der Probenplatte (siehe 5) gegen die Vorschubrichtung ebenfalls beliebige Stellungen einnehmen kann. Die Konstruktion kann auch derart verstellbar ausgestaltet werden, dass die Einspannung der Probenplatte winkelabhängig vornehmbar ist. Hierbei kann die Probenplatte in zwei Grundpositionen 0° oder 90° gegen die Schneidrichtung des Klingenhalters befestigt werden. Die Winkellage der Lochreihe 22, 25 kann auch für beliebige Winkel durch die Art der Befestigung veränderbar gemacht werden. Hierbei entfällt ein Austausch oder Wechsel verschiedener Probenplatten.
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Während eines Hubs über die Probefäden bei in einer Linie, jedoch schräg gegen die Schnittrichtung hintereinander angeordneten Austrittsbohrungen 22 wird die Klinge zehnmal hintereinander belastet. Jede Belastung wird über die Kraftmesseinrichtung 50 erfasst und ausgewertet. Als Kraftmesseinrichtung kann eine Dehnungsmess-Streifen-Anordnung oder ein Piezo-Messelement eingesetzt werden. Die Kraftmesseinrichtung ist zwischen der Klingenhalterung und einer Grundplatte angeordnet.
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Jede Belastung gehört zu einem anderen Ort der Klingenschneide. Bei einem Standzeitversuch, bei dem vielmals mit derselben Klinge ein Probefaden geschnitten wird, können Aussagen über die Verteilung der Schärfe über die Länge der Klingenschneide getroffen werden.
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In 6 ist ein typisches Kraft-Weg-Diagramm (F, s) für einen einzigen Schnitt durch einen Probefaden (Nylonfaden) beispielhaft dargestellt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Auswertung der Messdaten dieses Kraft-Weg-Diagramm ausgewertet.
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Die Bewegung über die gesamt Länge der Probenplatte wird mit Hub bezeichnet. Mit einem Hub werden zehn zeitlich hintereinander getrennte Schnitte durchgeführt. Jeder Schnitt wird einzeln ausgewertet. Ein Messzyklus kann beispielsweise aus 12 Messungen mit 10 einzelnen Schnitten bestehen. Somit hat ein Messzyklus für einen Standzeitversuch 120 Schnitte. Zur Bestimmung der Standzeit einer Klinge kann man solange Hübe und Messungen durchführen, bis die gemessenen Kräfte aus einem vorbestimmten Toleranzband herauswandern. Wenn diese Grenze überschritten wird, gilt die Klinge als stumpf. Ein Toleranzband wird vor den Messungen festgelegt, möglichst so, dass Messfehler und Messschwankungen berücksichtigt sind.
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Zur Erläuterung der Kurve ist in 6 das Diagramm in 5 Bereiche geteilt. Bereiche I und V sind Wegstrecken, in denen kein Schnitt erfolgt. Bereich II stellt das Heranfahren und Wegdrücken (elastisches Verformen) des Probenfadens dar. Dort findet noch kein Schnitt statt. Der Schnitt erfolgt im Bereich III, wo eine Maximalkraft erreicht und überschritten wird. Zur Auswertung wird die Grüße Maximalkraft im Bereich III herangezogen. Die Maximalkraft liefert eine wesentliche Aussage über die Schärfe der Klinge.
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Der obere Teil der Kraftweg-Kurve im Bereich III ist symmetrisch und entspricht nahezu einer Sinusfunktion. Die Breite des Bereichs III entspricht der Dicke d der Probefäden 8. Über die Sinusbeziehung ist ein mathematischer Ansatz gegeben, die Kraftweg-Kurve analytisch auszuwerten, wobei die Fläche unter der Kurve als während des Schnitts geleistete Arbeit zu interpretieren ist.
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Zum Verlauf im Bereich IV sei noch erläutert: Nach dem Trennvorgang und kurz vor dem Herunterfallen des geschnittenen Probefadens verkantet kurzzeitig der Schnittrest zwischen Klinge und Probenplatte und wird vor der Klinge hergeschoben. Dadurch kommt es zu dem im Bereich IV erkennbaren Höcker.
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Bezugszeichenliste
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- P1... Px
- Einstellparameter
- P1
- Vorschubrichtung und -geschwindigkeit
- P2
- Schnitthöhe, Klingenabstand
- P3
- Anstellwinkel der Klinge
- P4
- Ausspannlänge, freie (nicht eingespannte) Länge der Klinge
- PS
- Zahl der Proben pro Hubbewegung
- P6
- Durchmesser d der Probefäden
- P7
- Austrittslänge der Probefäden
- P8
- Orientierung der Probefäden zur Schneidrichtung
- P9
- Schneidenform
- Fs
- Messung Kraft, Messung Weg
- d
- Durchmesser Probefaden
- 6
- Prüfklinge
- 8
- Probefaden, Haarersatzstoff
- 10
- Adapterplatte
- 11
- Klingenhalter
- 12.1
- Klingenaufnahme
- 12.2
- Klemmplatte
- 12.3
- Passschrauben
- 16
- Schlitten
- 17
- Langloch
- 18
- Schrauben
- 20
- Probenlochplatte
- 21
- Oberfläche der Probenlochplatte
- 22
- Bohrungen
- 23
- Bohrungsabstände
- 25
- Ausrichtung der Bohrungen
- 30
- Unterbaugruppe
- 31
- Fadenrollenhalterung
- 31
- Verbindungsplatte
- 32
- Fadenrolle
- 33
- Rollenachse
- 34
- Nut
- 35
- Tiefe der Nuten
- 36
- Breite der Nuten
- 37
- Transportwalze
- 38
- Führungswalze
- 39
- Walzenlagerung
- 40
- Verstell-, Vorschubschraube
- 50
- Messeinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 08139043 A [0004]
- US 5571956 A [0005, 0009]
- US 4178797 A [0006]
- US 1780822 A [0007]
- US 2473994 A [0007]
- WO 2007073733 A1 [0009]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Dissertation „Zur Herstellung und zum Einsatz mikrotechnisch gefertigter Diamantwerkzeuge”; Stephan Ertl, Universität Freiburg, 2003 [0010]
