DE102017001589B3

DE102017001589B3 - Prüfvorrichtung und Prüfverfahren zur Schärfeprüfung von schneidenden Werkzeugen

Info

Publication number: DE102017001589B3
Application number: DE102017001589.9A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Axmann
Original assignee: Pwft GmbH
Current assignee: Pwft De GmbH
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2018-07-05
Anticipated expiration: 2037-02-18

Abstract

Der Kern der Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung und ein Prüfverfahren zur Schärfeprüfung von schneidenden Werkzeugen. Es wird vorgeschlagen, dass die Prüfvorrichtung umfasst:• eine Schneidwerkzeug-Halterung 10 zum entfernbaren Festklemmen des Schneidwerkzeugs 1,• eine Schneidmedium-Transporteinheit 50 zur planen Führung des Schneidmediums 51,• eine Kraftmesseinheit 21 zur Messung der Kraft während der Bewegung des Schneidwerkzeugs 1 oder der Schneidmedium-Transporteinheit 50 und eine Positionsmesseinrichtung zur Ermittlung der Relativbewegung,• eine frei programmierbare Vorrichtung umfassend einen Mikroprozessor mindestens zur Steuerung der Relativbewegung zwischen Schneidwerkzeug 1 und Schneidmedium 51 und zur Messdatenerfassung,wobei• das Schneidmedium 51 während des Prüfschnitts stillstehend durch einstellbare zugspannungserzeugende Kräfte belastet ist,• das Schneidwerkzeug 1 in der Schneidwerkzeug-Halterung 10 in unterschiedlichen Positionen in Bezug auf die Ebene des Schneidmediums gehalten wird,• der Prüfschnitt mit vorgebbarer Schnittkraft oder vorgebbarer Schnittbewegung ausführbar ist, und parallel zum Schneidwerkzeug 1 an der Schneidwerkzeug-Halterung 10 ein Formstück 20 mittels einer Formstückhalterung 22 gehaltert ist, welches derart ausgebildet ist, dass es die Schnittkanten 53 des Schneidmediums 51 von der Klinge 2 des Schneidwerkzeugs 1 abspreizt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zur Schärfeprüfung von schneidenden Werkzeugen und ein Verfahren zur Schärfeprüfung.
Es gibt im Stand der Technik eine Reihe unterschiedlicher Prüfvorrichtungen und Verfahren. Derartige Prüfvorrichtungen sind beispielsweise in den Patentschriften US 5571956 A und US 2006/0201237 A1 zu finden. Diese Patentschriften zeigen das Funktionsprinzip einer Prüfvorrichtung mit einer Schneidbewegung über zwei Achsen.
In der DE 610077 A ist eine Prüfeinrichtung für Rasierklingen dargestellt. Das nach dem Schnitt durchtrennte Schneidmedium wird zwischen zwei gegenläufige Rollen aufgenommen, wobei eine gewisse Spreizung der zerschnittenen Schneidhälften stattfindet. Mit dieser Anordnung ist es nicht möglich, dickere als Rasierklingen ausgebildete Schneidwerkzeuge reibungsfrei zu prüfen, weil die Schnittkanten des Schneidmediums am Schneidwerkzeug vorbeistreichen.
In der US 2925730 A wird eine Apparatur zur Ermittlung der Schärfe, bzw. Stumpfheit von Rasierklingen gezeigt. Die Schneide von Rasierklingen wird nach mehreren Schnittversuchen inspeziert; eine Kraftmessung bei den Schnittversuchen ist nicht vorgesehen.
Eine Anordnung zur Schärfebestimmung von Schneidwerkzeugen zum Schneiden fadenförmiger Stoffe zeigt die DE 10 2011 107 201 A1 . Die fadenförmigen Stoffe (Probefäden) werden durch eine Probenplatte geführt und von einer senkrecht zu den Probefäden geführten Prüfklinge zertrennt. Es findet eine Krafmessung während der Prüfschnitte statt.
In einer weiteren, vornehmlich für Rasierklingen ( FR 2417 760 A1 ) vorgesehenen Prüfeinrichtung wird ein bandartiger Doppelstreifen, dessen Einzelstreifen untereinaner mit Borsten verbunden sind, an eine Klingenschneide herangefüht. Während der Schneidbewegung werden die Borsten zertrennt. Die zertrennten Borsten streifen auf der Oberfläche der Klingenhalterung hinweg und erzeugen dabei Reibung, welche für eine Kraftmessung hinderlich und störend ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Prüfvorrichtung und ein Verfahren zur Schärfeprüfung von schneidenden Werkzeugen anzugeben, bei der im Prüfschnitt die Reibung zwischen Schneidwerkzeug und Schneidmedium auf ein Minimum vermindert ist.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 9 gelöst, während in abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.
Der Kern der Erfindung lässt sich wie folgt umreißen:
Es handelt sich um eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung der Schneidfähigkeit und des Verschleißverhaltens eines Schneidwerkzeugs mittels Prüfschnitten in bandförmiges Schneidmedium während einer Relativbewegung zwischen Schneidwerkzeug und Schneidmedium.
Die im folgenden mit Prüfvorrichtung bezeichnete Anordnung umfasst mindestens:

• eine, möglicherweise verfahrbare Schneidwerkzeug-Halterung zum entfernbaren Festklemmen des Schneidwerkzeugs,
• eine Schneidmedium-Transporteinheit zur planen Führung des Schneidmediums,
• eine Kraftmesseinheit zur Messung der Kraft während mindestens eines Prüfschnitts und eine Positionsmesseinrichtung von Schneidwerkzeug Halterung und/oder Schneidmediumtransporteinheit,
• eine frei programmierbare Vorrichtung umfassend einen Mikroprozessor mindestens zur Steuerung der Relativbewegung und zur Messdatenerfassung.

Bei einer solchen Prüfvorrichtung ist das Schneidmedium während des Prüfschnitts durch einstellbare zugspannungserzeugende Kräfte belastet. Weiter ist das Schneidwerkzeug in der Schneidwerkzeug-Halterung in unterschiedliche Positionen in Bezug auf die Ebene des Schneidmediums bringbar und wird dort gehalten. Der Prüfschnitt (Schneidbewegung) kann mit vorgebbarer Schnittkraft oder vorgebbarer Schnittgeschwindigkeit ausführbar sein.
Das besondere Kennzeichen der Prüfvorrichtung liegt darin, dass parallel zum Schneidwerkzeug ein stabförmig ausgebildetes Formstück mittels einer Formstückhalterung gehaltert und bewegt wird, welches derart ausgebildet ist, dass es die Schnittkanten des Schneidmediums von der Klinge des Schneidwerkzeugs abspreizt. Das Formstück ist so gehaltert, dass die auf das Formstück bei der Spreizung des Schneidmediums wirkenden Kräfte nicht im Kraftfluss oder Krafthauptfluss der Kraftmesseinrichtungen liegen.
Wesentlich ist, dass der Spreizwinkel einem Schneidenwinkel des Schneidwerkzeugs angepasst ist. Die Funktion des Formstücks ist also, die (beiderseitigen) Streifen des durchtrennten Schneidmediums von den Seitenflächen der Klinge weg aufzuspreizen, wodurch im Prüfschnitt die Reibung zwischen Schneidwerkzeug und Schneidmedium vermieden oder auf ein Minimum vermindert wird.
Der Spreizwinkel wird im wesentlichen dadurch bestimmt, dass der senkrecht zur Klinge des Schneidwerkzeugs betrachtete Querschnitt des Formstücks breiter ist als die (größte) Breite der Klinge - in der Regel Breite des Klingenrückens - des Schneidwerkzeugs.
Getrennte und gespreizte Teile des Schneidmediums werden auf Umlenkrollen der Schneidmedium-Transporteinheit übernommen, wobei die Umlenkrollen einen Abstand voneinander aufweisen, der bezüglich der getrennten und gespreizten Teile des Schneidmediums einen Spreizwinkel bilden.
Vorzugsweise kann der axiale Abstand der die gespreizten Teile des Schneidmediums aufnehmenden Umlenkrollen voneinander variiert werden, wodurch ebenfalls eine Beeinflussung des Spreizwinkels möglich ist.
Weitere vorteilhafte und erfindungsgemäße Merkmale der Erfindung lassen sich wie folgt angeben:
Der Querschnitt des Formstücks kann die Form eines symmetrischen Trapezes, bzw. die Form eines stumpfen Keils aufweisen, wobei die Schmalseite von Trapez oder Keil zum Schneidwerkzeug gerichtet ist, und wobei der Trapez- oder Keilwinkel des Formstücks einem Klingenwinkel des Schneidwerkzeugs angepasst ist.
Eine alternative Ausgestaltung des Formstücks ist derart, dass das stabförmige Formstück in seiner Länge zweigeteilt ausgebildet ist.
Das Formstück wird auf einer der Schneide abgewandten Seite des Schneidwerkzeugs und parallel zum Schneidwerkzeug gehaltert.
Das Formstück ist in seiner Länge größer als die Länge des Schneidwerkzeugs, und ragt in seiner Länge in Richtung zum Schneidmedium über die Länge des Schneidwerkzeugs hinaus, dadurch kann das Formstück schon vor dem Prüfschnitt im Schlitz des Schneidguts positioniert werden.
Die mit der Prüfvorrichtung durchführbaren Prüfschnitte sind Relativbewegungen zwischen Schneidwerkzeug und Schneidmedium; wobei entweder nur das Schneidwerkzeug bewegt wird, nur das Schneidmedium bewegt wird, oder sowohl Schneidwerkzeug und als auch Schneidmedium bewegt werden können. Die die Relativbewegungen verursachenden Bewegungsmechanismen sind lineare oder rotatorische Antriebsachsen, vorzugsweise unter Nutzung von Schrittmotoren.
Wesentliche Relativbewegungen sind Bewegung des Schneidwerkzeugs parallel zu seiner Längsrichtung, bzw. Bewegung quer zu seiner Längsrichtung (parallel zur Schneide). Überlagert dazu oder unabhängig davon ist die Halterung des Schneidwerkzeugs derart konstruiert, dass rotatorische Bewegungen ausführbar sind, vorzugsweise um die Achse quer zur Längsrichtung des Schneidwerkzeugs. In diesem Fall können auch für bogenförmige Schneidwerkzeuge vergleichbare Schneidbedingungen entlang der Schneide realisiert werden.
Eine weitere Ausführungsform findet sich in folgendem:
Das Formstück ist entweder in der Schneidgut-Transporteinheit oder an der Schneidwerkzeug-Halterung angebracht und gehaltert.
Weiterhin wird die Erfindung durch folgende Verfahrensmerkmale konkretisiert:
Vorzugsweise kann die Prüfvorrichtung so eingereichtet, werden, dass ein Abstand zwischen einem Punkt des Einschnitts der Schneide in das Schneidmedium und einer größten Breite des Formstücks während eines Prüfschnitts konstant gehalten wird.
Die Relativbewegungen zwischen Schneidwerkzeug und Schneidmedium können bei stillstehendem oder bei fortbewegtem Schneidmedium stattfinden.
Das Schneidgut kann unter konstanter Vorspannung durch eine gewichtsbelastete Rolle auf einer Vorratsrolle und auf einer Zugrolle zwischen zwei Prüfschnitten bewegt werden.
Die Schneidwerkzeug-Halterung und/oder eine Halterung des Formstücks sind automatisch zwischen einer Ruhestellung und einer Prüfschnittstellung hin und her bewegbar. Damit ist ein Wechsel des Schneidwerkzeugs ohne manuelle Entfernung des Formstücks möglich und Vorrichtung und Verfahren können automatisiert, beispielsweise unter Nutzung eines Roboters oder eines mehrachsigen Linear- und Schwenksystems eingesetzt werden.
Schnittkraftmessungen erfolgen mindestens in einer Relativbewegung, wobei das Schneidwerkzeug bei der Relativbewegung in das bereits durchtrennte Schneidmedium eingreift.
Kraftmessungen können außerdem auch vor dem Prüfschnitt in einer Vorwärts-Stechbewegung in das Schneidmedium erfolgen.
Im folgenden soll die Bezeichnung für „Anordnung zur Prüfung“ nur kurz mit „Prüfvorrichtung“ und die Bezeichnung für „Schneidwerkzeug“ auch kurz mit „Werkzeug“ oder mit „Messer“ benutzt werden.
Die Wahl des Schneidmediums ist wichtig für die Schneidfähigkeitsermittlung. Abhängig vom Schneidmedium ändern sich die Parameter der Prüfung bezüglich reiner Schneidfähigkeitsermittlung oder Kombination aus Standfähigkeits- und Schneidhaltigkeitsermittlung.
Zu ermittelnde Fehler des Werkzeugs können Ausbrüche, fehlerhafte Schneidenwinkelabflachungen oder fehlerhafte Schneidkantenverrundung vorliegen. Die Schneidmedien sind geeignet, Werkzeug-Fehler zu erkennen, damit die Werkzeugprüfung fehlerhafte Werkzeuge im Produktionsprozess identifizieren kann.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll möglichst eine zerstörungsfreie Prüfung realisiert werden, d.h. dass die Prüfung soll keine feststellbare Verminderung der Schneidfähigkeit hervorrufen.
Folienartige Schneidmedien haben geringe Foliendicke und eine hohe Homogenität. Es ist daher zu beachten, dass jede Prüfung eine abrasive Wirkung auf das Messer besitzt. Eine geringe Foliendicke ist mit verringerter Abrasivität und minimierter Reibung zwischen Klinge und Prüfmedium verbunden. Vorzugsweise werden daher für die Erfindung PTFE-Folien mit einer Dicke von 0,25 mm oder Walopur-Folie 2102 A325 mit einer Dicke von 0,325 mm vorgeschlagen.
Da die Form von Messerklingen stark variieren kann, muss die Umsetzung der Relativbewegungen gerätemäßig entsprechend anpassbar sein. Die Vorrichtung ist so gestaltet, dass lineare und rotatorische Freiheitsgrade vergleichbare und reproduzierbare Schneidbedingungen für unterschiedliche Klingenformen gewährleisten und somit einen Vergleich der Schneidfähigkeit unterschiedlicher Klingenformen ermöglichen. Somit sind Benchmark-Tests verschiedenster Messertypen mit der erfindungsgemäßen Anordnung möglich.
Hinsichtlich der Automatisierung von Prüfschnitten steht vor allem die Nachführung des Schneidmediums und der Werkzeugwechsel im Vordergrund.
Die Mediumnachführung wird in Abhängigkeit zum auszuführenden Prüfschnitt gestaltet.
Zum Werkzeugwechsel wird das Schneidwerkzeug zentriert und in einer festen Ausgangslage positioniert. Dazu wird eine entsprechende selbstzentrierende Werkzeughalterung eingesetzt. Ein Mikrocomputer gesteuerte Einheit, welche alle Bewegungen, Datenerfassungen, Positionsmessungen etc. regelt und steuert, ist vorzugsweise Bestandteil der erfindungsgemäßen Anordnung.
Die Merkmale der Erfindung können einzeln oder gemeinsam in verschiedenen Weiterbildungen ausgebildet sein.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkende Ausführungsformen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden in einem Ausführungsbeispiel anhand von Figuren erläutert. Sie zeigen im Einzelnen

1: die Prüfvorrichtung,
2: Führung des Schneidmediums während des Prüfschnitts,
3: Ausbildung des Formstücks und
4: Konzept der Werkzeughalterung.

Die 1 zeigt eine Form eines Gesamtkonzepts einer Prüfvorrichtung mit den Teilen Werkzeugtransporteinheit 8 mit Kraftmesseinheit 21 und Schneidmediumtransporteinheit 50. Die Prüfvorrichtung wird ohne Gehäuse oder schützende Abdeckungen dargestellt.
Für die Beschreibung der Erfindung wird - ohne Einschränkung der Allgemeinheit der Erfindung - ein Koordinatensystem definiert, welches in x-und y-Richtung waagerecht liegt und in z-Richtung senkrecht nach unten zeigt. Das Schneidwerkzeug liegt in seiner Standardposition in der x-z-Ebene senkrecht. Das Schneidmedium wird in der y-z-Ebene senkrecht geführt; seine Bewegungsrichtung ist die negative z-Richtung. Das Schneidwerkzeug (1,2) kann mit der Werkzeughalterung 10 auch rotativ bewegt werden.
Prüfschnitte, also Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Schneidmediums sind die x-Richtung und die z-Richtung.
Das zu prüfende Schneidwerkzeug 1 - im Weiteren auch als Messer bezeichnet - ist in eine Werkzeughalterung 10 eingelegt. Gummispannbacken 10a klemmen das Schneidwerkzeug 1 ein, wodurch ein im formvariabler, fester Sitz des Werkzeugs realisiert wird. Die Werkzeughalterung befindet sich auf einer Kraftmesseinheit.
Eine erste Winkelplatte 18 hält die Werkzeughalterung 10 samt Kraftmesseinheit 21 an einer Linearführung 17 in z-Richtung. Ein Linearantrieb 16a in x-Richtung und ein Linearantrieb 17a in z-Richtung umfassen je mindestens ein Getriebe und einen Schrittmotor. Sie setzen die Bewegungen in x- und z-Richtung um. Mittels einer zweiten Winkelplatte wird die Linearführung 16 in x-Richtung mit der Linearführung 17 verbunden. Beide Linearantriebe zusammen realisieren die Schnittbewegung des Werkzeugs. Wichtig für die Linearantriebe sind eine hohe Positioniergenauigkeit und gleichbleibende Verfahrbewegung. Technisch können die Linearantriebe als Zahnriemenantriebe oder als Kugelgewindespindelantriebe ausgebildet sein.
Die Linearantriebe sowie nicht dargestellte rotatorische Antriebe sind von der Kraftmesseinheit 21 entkoppelt. Die mit der Werkzeughalterung 10 in Verbindung stehende Kraftmesseinheit realisiert eine eindeutige Messung der Kräfte auf das Schneidmedium bzw. das Schneidwerkzeug. Die Kraftmesseinheit nimmt die Kräfte in x- und z-Richtung, ggf. auch in y-Richtung durch je eine Kraftmessdose oder durch eine 3-achsige Kraftmessplattform auf.
Zum Prüfschnitt arbeiten beide Linearantriebe mit einer an die Geometrie der Schneide angepassten Schneidbewegung mit definierter Schnittkraft und/oder zugeordneter Schnittbewegung. Durch die Freiheitsgrade der Bewegung werden vergleichbare Schneidsituationen möglich, die auch Benchmarktests unterschiedlicher Werkzeuge erlauben, da die gleichen Eingriffsbedingungen an verschiedenen Geometrien aufgebracht werden können.
Das Werkzeug schneidet vorzugsweise in das bereits mittig durchtrennte Schneidmedium 51, wodurch das Werkzeug „im Schnitt“ prüfbar wird. Kräfte, die beim Einstechen oder Aufspalten des Schneidmediums auftreten, werden nicht aufgenommen. Ohne das Grundkonzept der Erfindung zu verlassen, können jedoch auch Prüfschnitte beginnend mit Einstechen des Werkzeugs in das Schneidmedium vorgenommen werden. Während des Prüfschnitts werden die Teilkräfte in den jeweiligen Richtungen ermittelt.
Die erfindungsgemäße Umsetzung der Forderung nach Reibungsvermeidung oder Reibungsminimierung wird durch Einsatz eines stabförmigen, als Formstück 20 bezeichneten Bauteils erreicht. Das Formstück sitzt oberhalb des Schneidwerkzeugs. Das Formstück dient der Schneidwinkelerhaltung während des Schnittes (siehe noch weiter unten die 2 und 3).
Formstückhalterung 22 und Werkzeughalterung 10 sind derart (unabhängig voneinander) gehaltert, dass die Formstückhalterung 22 außerhalb des Kraftflusses der Kraftmesseinrichtung 21 liegt. Das Formstück erfährt Reibung am Schneidmedium. Die Reibkräfte sollen nicht in die Kraftmessung eingehen.
Die Formstückhalterung 22 ist an der Winkelplatte 18 drehbeweglich gehaltert bzw. positioniert. Zum Wechseln des Schneidwerkzeugs und zum Wechseln des Formstücks kann die Formstückhalterung 22 von der Schneidwerkzeughalterung hin- und zurückgeschwenkt werden. Die Formstückhalterung 22 ist hinsichtlich der Automatisierbarkeit so konstruiert, dass eine Entnahme des Schneidwerkzeugs oder auch der Wechsel des Formstücks nach dem Prüfschnitt zum Beispiel mit einem Roboter oder per Hand möglich ist.
Die Umsetzung des Konzepts der Formstückhalterung 22 erfolgt über einen Gelenkmechanismus, vorzugsweise angetrieben durch einen Schrittmotor. Das Konzept kann darin bestehen, dass ein Motor verwendet wird, welcher nur zwei Endpositionen besitzt und Schwenkbewegungen zwischen den beiden Endpositionen ausführt. Eine erste Position als „Entnahmeposition“ und eine zweite Position als „Arbeitsposition“.
Da das Formstück nicht mit der Kraftmesseinrichtung 21 in Verbindung steht, beeinflussen die dort auftretenden Reibungseffekte die Messung nicht.
Die Wirkung des Formstückes erfolgt direkt von Beginn an, da die Länge eines stabförmigen Formstücks größer als die Länge der Klinge des Schneidwerkzeugs gewählt wird. Das Formstück sollte möglichst eine keilförmige Spitze aufweisen. Mit Hilfe der vergrößerten Länge baut sich schon in der Verfahrbewegung der passende Spreizwinkel des Schneidmediums auf, bevor das Schneidwerkzeug in das Schneidmedium eindringt.
Bei Prüfung des Schneidwerkzeugs bei einer Einstichleistung kann nur ein Formstück eingesetzt werden, welches nicht über die Klingenlänge hinausragt.
Transport und Führung des Schneidmediums 51 erfolgen in der Schneidmediumtransporteinheit 50.
Die Führung des Schneidmediums unterteilt sich in drei Unterfunktionen: Gesamtführung mit Zu- und Abtransport des Mediums, Führung im Schnittbereich und Reduzierung der Reibung zwischen Medium und Klinge.
Das Schneidmedium 51 wird zwischen zwei senkrechten Führungsleisten 54 geführt. Das Schneidmedium liegt seitlich am oder im Rand der Führungsleisten. Dadurch wird ein Verkanten, Verrutschen oder Verdrehen des Schneidmediums verhindert.
Zwei Umlenkrollen 60 unten führen das Schneidmedium gerade in die Führungsleisten 54 ein. Eine Vorspannung des Schneidmediums wird durch eine gewichtsbelastete Rolle 58 erzeugt, welche in z-Richtung (senkrecht) mittels eines Langloches 59 geführt ist. Die Vorratsrolle 57 und die Zugrolle 56 stehen vorzugsweise während des Prüfschnittes still. Nach einem Prüfschnitt fährt das Werkzeug in die Ausgangsposition zurück und kann durch ein neues ausgetauscht werden. Während dieser Zeit wird das Schneidmedium 51 zwischen zwei Prüfschnitten mittels der Zugrolle über einen Elektromotor nachgeführt. Das Schneidmedium wird dabei soweit nachgeführt, dass das nächstfolgende Werkzeug wieder „im Schnitt“ geprüft werden kann.
Eine konstante Spannung des Schneidmediums wird so eingerichtet, dass reproduzierbare Messerergebnisse möglich sind.
In 2 sind die Situation eines Prüfschnitts und die Lage des Schneidwerkzeugs gezeigt.
Von den in 1 gezeigten Umlenkrollen 60 unten läuft das Schneidmedium 51 über die Führungsleisten 54 senkrecht nach oben. Die Umlenkrollen 61 oben nehmen die Schneidmediumteilstreifen 52 auf. Das stabförmig ausgebildete Formstück befindet sich oberhalb des Schneidwerkzeugs. Bei der Ausbildung des Formstücks ist seine horizontale (in x-y-Ebene liegende) Breite wesentlich. Diese Einzelheit des Formstücks und die Darstellung des Schneidwerkzeugs mit Schneide 3 und Klinge 2 sind in der 3 erläutert.
Die Achse 55 der Umlenkrollen 61 oben ist länger als die Breite des Schneidmediums, wodurch eine Spreizung der Schneidmediumteilstreifen entsteht. Der Abstand der Umlenkrollen auf der Achse 55 kann weiterhin variiert werden, was durch die Pfeile V angedeutet ist.
Die (inneren) Schnittkanten 53 des Schneidmediums 51 gleiten am Formstück 20 entlang, wodurch ein gleichbleibender Spreizwinkel in beliebiger Schnitttiefe erzeugt wird. Das Schneidmedium hat keinen Kontakt mit den Seitenflächen der Klinge. Der Spreizwinkel (W1) bleibt während des Schnittes konstant. Durch die Variation des Abstands der Umlenkrollen kann auch der Spreizwinkel beeinflusst werden. Diese Maßnahme kommt vorrangig dann zum Zuge, wenn das Schneidwerkzeug in Längsrichtung rotiert wird.
In der 3 wird die Ausbildung des Formstücks und die Spreizfunktion verdeutlicht.
Wie erwähnt, wird die erfindungsgemäße Umsetzung der Forderung nach Reibungsvermeidung oder Reibungsminimierung durch Einsatz des Formstücks 20 erreicht. Das Formstück dient der Schneidwinkelerhaltung während des Schnittes.
Die Positionierung und Halterung des Formstücks kann auf der Schneidwerkzeugseite der Prüfvorrichtung oder auf der Schneidmediumtransportseite liegen.
Im Prüfschnitt bewegen sich Formstück und Messer gemeinsam. Das Messer weist die Schneide 3 und die Klinge 2 auf, wobei der Rücken der Klinge 2 einen Winkel W2 ausbildet. Der Rücken der Klinge liegt oben, die Schneide zeigt nach unten (z-Richtung). Der Spreizwinkel W1 ist möglichst so groß, dass während des Prüfschnitts unabhängig von der Schnitttiefe kein Kontakt zwischen den Seitenflächen der Klinge und dem Schneidmedium entsteht.
Der Spreizwinkel W1 wird von einem gleichseitigen Dreieck ABC beschrieben, wobei der Punkt A im Schnittpunkt der Schneide 3 mit dem Schneidmedium liegt und die Punkte B und C an den Berührungspunkten des geschnittenen Schneidmediums mit dem Formstück. Die Berührungspunkte B und C bilden die Basis des gleichseitigen Dreiecks und haben einen Abstand b entsprechend der Breite des Formstücks. Die Höhe im Dreieck über der Basis entspricht dem (möglichst) konstanten Abstand von Formstück und Messer. Durch die Einstellung des Spreizwinkels entsteht keine Reibung zwischen Klinge 2 und Schneidmedium während des gesamten Schnittes.
Eine bevorzugte Variante des Formstücks 20 ist ein Formstück mit im Querschnitt symmetrischem Trapez, welches in der Teilfigur F3B von 3 dargestellt ist.
Verschiedene in der Breite (y-Richtung) und in der Höhe (z-Richtung) variierende Formstücke können mittels Tausch des Formstückes eingesetzt werden. Beispielsweise ist bei gerundeten Schneidkanten des zu prüfenden Werkzeugs eine Anpassung des Formstückes in seiner Höhe notwendig. Die Schneidenform ist dabei bogenförmig gerundet. Die Bogenform der Schneide sollte sich dementsprechend in der Ausbildung der Höhe des Formstücks „abbilden“.
Die Teilfigur F3C zeigt ein Formstück bestehend aus zwei Hälften 20a und 20b. Über die Formstückhalterung kann der Abstand der beiden Hälften variiert werden, wodurch der Spreizwinkel Wx ebenfalls variiert wird.
4 stellt eine Ausführungsvariante der Werkzeughalterung dar.
Die Variante besteht in einer automatischen Zentrierung des Schneidwerkzeugs 1 unabhängig von der Griffdicke aufgrund der beiden beweglichen als austauschbare Gummi-Blöcke ausgebildete Spannbacken 10a. Mit der Zentrierung ist die gleichbleibende Position bei allen Schneidwerkzeugen garantiert. Die Gummispannbacken 10a liegen in der Spannbackenhalterung 10b.
In einer Grundplatte 11 liegen zwei Führungswellen 12 auf welchen sich die Halterung 10 befindet. Mittels einer Schraubverbindung 13a, 13b können die Gummi-Spannbacken 10a getauscht werden. Die beiden Spannbacken sitzen auf den beiden Führungswellen 12, in ihrer Mitte sitzt eine Gewindewelle 14 mit Rechts- und Links-Gewinde. Die Bewegung der Spannbacken erfolgt über die Gewindewelle 14.
Mittig sitzende Gewindebohrungen in den Spannbacken realisieren in Kombination mit einer rotatorischen Bewegung der Gewindewelle über einen Schrittmotor 15 ein Zusammen- oder Auseinanderfahren der Spannbacken. Der Schrittmotor ist über eine nicht gezeigte Motorhalterung mit der Grundplatte verschraubt. Die Lagerung der Gewindewelle geschieht motorseitig über ein Festlager und auf der Gegenseite über ein Loslager.
Bei Verwendung eines Elektromotors 15 an der Gewindewelle 14 ist dieser Prozess automatisierbar. Durch ein angemessenes Drehmoment wird das Schneidwerkzeug ausreichend fixiert und die Position während des Prüfschnittes beibehalten.
Zusammenfassend kann eine Ausführungsform der Erfindung wie folgt kurz beschrieben werden:
Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung und ein Prüfverfahren zur Schärfeprüfung von schneidenden Werkzeugen. Es wird vorgeschlagen, dass die Prüfvorrichtung umfasst:

• eine Schneidwerkzeug-Halterung zum entfernbaren Festklemmen des Schneidwerkzeugs,
• eine Schneidmedium-Transporteinheit zur planen Führung des Schneidmediums,
• eine Kraftmesseinheit zur Messung der Kraft während der Bewegung des Schneidwerkzeugs oder der Schneidmedium-Transporteinheit und eine Positionsmesseinrichtung zur Ermittlung der Relativbewegung,
• eine frei programmierbare Vorrichtung umfassend einen Mikroprozessor mindestens zur Steuerung der Relativbewegung zwischen Schneidwerkzeug und Schneidmedium und zur Messdatenerfassung,

• das Schneidmedium während eines Prüfschnitts durch einstellbare zugspannungserzeugende Kräfte belastet ist,
• das Schneidwerkzeug in der Schneidwerkzeug-Halterung in unterschiedliche Positionen in Bezug auf die Ebene des Schneidmediums gehalten wird,
• der Prüfschnitt mit vorgebbarer Schnittkraft oder vorgebbarer Schnittbewegung ausführbar ist,

Bezugszeichenliste

1: Schneidwerkzeug
2: Klinge
3: Schneide
5: Griff
8: Werkzeugtransporteinheit
10: Werkzeughalterung
10a: Spannbacken
10b: Spannbackenhalterung
11: Grundplatte
12: Führungswelle
13a, 13b: Schraubverbindung
14: Welle mit Rechts-Linksgewinde
15: E-Motor
16: x-Linearführung
16a: x-Linearantrieb
17: z-Linearführung
17a: z-Linearantrieb
18: Winkelplatte
20, 20a, 20b: Formstück
21: Kraftmesseinheit
22: Formstück-Halterung
50: Schneidmedium-Transporteinheit
51: Schneidmedium
52: Schneidmedium-Teilstreifen
53: Innenkanten der Teilstreifen
54: zwei Führungsleisten
55: Achse Umlenkrolle oben
56: Zugrolle
57: Vorratsrolle
58: Rolle gewichtsbelastet
59: Langloch
60,61: Umlenkrollen
W1: Schlitzwinkel
W2: Winkel der Klinge
Wx: variabler Öffnungswinkel
V: variable Verschiebung der Umlenkrollen
A B C: Dreieck
b: Breite des Formstücks
x y z: Koordinaten

Claims

Vorrichtung zur Prüfung der Schneidfähigkeit und des Verschleißverhaltens eines Schneidwerkzeugs (1) mittels Prüfschnitten in ein bandförmiges Schneidmedium (51) während mindestens einer Relativbewegung zwischen Schneidwerkzeug (1) und Schneidmedium (51), im folgenden Prüfvorrichtung genannt, umfassend • eine Schneidwerkzeug-Halterung (10) zum entfernbaren Festklemmen des Schneidwerkzeugs (1), • eine Schneidmedium-Transporteinheit (50) zur planen Führung des Schneidmediums, • eine Kraftmesseinheit (21) zur Messung der Kraft während mindestens einer Relativbewegung, • eine frei programmierbare Vorrichtung umfassend einen Mikroprozessor mindestens zur Steuerung von Relativbewegungen zwischen Schneidwerkzeug (1) und Schneidmedium (51), zur Positionsmessung der Relativbewegungen und zur Messdatenerfassung, wobei • das Schneidmedium (51) während des Prüfschnitts durch einstellbare zugspannungserzeugende Kräfte belastet ist, • das Schneidwerkzeug (1) in der Schneidwerkzeug-Halterung (10) in unterschiedliche Positionen in Bezug auf die Ebene des Schneidmediums (51) bringbar und gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Prüfschnitts ein stabförmig ausgebildetes und in einer Formstückhalterung (22) gehaltenes Formstück (20) gemeinsam mit dem Schneidwerkzeug (1) in einen Schlitz (W1) des geschnittenen Schneidmediums (51) verfahrbar ist, derart dass das Formstück (20) eine Schlitzführung vermittelt, so dass die inneren Schnittkanten (53) des Schneidmediums (51) von der Klinge (2) des Schneidwerkzeugs (1) abgespreizt werden, und dass Formstückhalterung (22) und Schneidwerkzeug-Halterung (10) derart gehaltert sind, dass die Formstückhalterung (22) außerhalb eines die Kraftmesseinrichtung (21) beaufschlagenden Kraftflusses liegt.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formstück (20) entweder in der Schneidmedium-Transporteinheit (50) oder an der Schneidwerkzeug-Halterung (10) angebracht ist.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Formstück (20) parallel zum Schneidwerkzeug (1) und auf einer der Schneide (3) abgewandten Seite des Schneidwerkzeugs (1) gehaltert ist.
Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen einem Punkt (A) des Einschnitts der Schneide (3) in das Schneidmedium (51) und einer größten Breite (b) des Formstücks (20) während eines Prüfschnitts konstant gehalten ist.
Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidmedium-Transporteinheit (50) getrennte und gespreizte Teile des Schneidmediums (51) aufnehmende Umlenkrollen (61) umfasst, deren axialer Abstand voneinander variabel - in Abhängigkeit der Lage des Schneidwerkzeugs (1) - einstellbar ist.
Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein senkrecht zur Klinge (2) des Schneidwerkzeugs betrachteter Querschnitt (b) des Formstücks (20) breiter ist als eine Breite der Klinge (2) des Schneidwerkzeugs (1).
Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formstück (20) in seiner Länge größer ist als die Länge des Schneidwerkzeugs (1), und in seiner Länge in Richtung zum Schneidmedium (51) über die Länge des Schneidwerkzeugs hinausragt.
Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formstück (20a, 20b) in seiner Längsrichtung zweigeteilt ausgebildet ist, und dass über die Formstückhalterung (22) der Abstand der Formstückteile (20a, 20b) voneinander variabel einstellbar ist.
Verfahren zur Prüfung der Schneidfähigkeit und des Verschleißverhaltens eines Schneidwerkzeugs (1) mittels Prüfschnitten mit einer in den vorhergehenden Ansprüchen definierten Prüfvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Prüfschnitt die inneren Schnittkanten (53) des Schneidmediums (51) von der Klinge (2) des Schneidwerkzeugs (1) abgespreizt werden.
Verfahren zur Prüfung eines Schneidwerkzeugs nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Prüfschnitte mit vorgebbarer Schnittkraft oder vorgebbarer Schnittbewegung vorgenommen werden.
Verfahren zur Prüfung eines Schneidwerkzeugs nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Formstück (20) parallel zum Schneidwerkzeug (1) und auf einer der Schneide (3) abgewandten Seite des Schneidwerkzeugs (1) gehaltert wird.
Verfahren zur Prüfung eines Schneidwerkzeugs nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen einem Punkt (A) des Einschnitts der Schneide (3) in das Schneidmedium (51) und einer größten Breite (b) des Formstücks (20) während eines Prüfschnitts konstant gehalten wird.
Verfahren zur Prüfung eines Schneidwerkzeugs nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass getrennte und gespreizte Teile des Schneidmediums (51) auf Umlenkrollen (61) der Schneidmedium-Transporteinheit (50) übernommen werden, wobei ein axialer Abstand der Umlenkrollen (61) voneinander eingestellt wird, so dass getrennte und gespreizte Teile (52) des Schneidmediums einen Spreizwinkel (W1, Wx) bilden.
Verfahren zur Prüfung eines Schneidwerkzeugs nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren automatisiert vorgenommen wird.