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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betreiben eines manuell eingesetzten Systems zur Erzeugung und/oder Schärfung einer Schneide eines Schneidwerkzeugs.
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Bei bekannten Methoden zum Schleifen einer Klinge eines Schneidwerkzeugs wird entweder die Klinge oder das Schleifwerkzeug (als Schleifkörper) bewegt. Es ist wichtig, in welchem Winkel Schleifkörper und Klinge zueinander stehen, um den Schneidkeil zu erzeugen. Bei einigen Methoden ist der Schleifwinkel vorgegeben und eine Schneide muss, wenn sie nachgeschliffen werden soll, solange bearbeitet werden, bis sie diesen voreingestellten Winkel durch „Anlernen der Schneide“ bekommt. Gerade bei großen Messern ist das ein langer Prozess mit viel Materialabtrag. Dabei gib es ungeeignete Verfahren, die nicht genug Material abtragen können, um überhaupt eine Schneide mit entsprechendem Schneidkeil durch „Anlernen“ zu erzeugen. Im professionellen Einsatz kommen deshalb auch motorisch angetriebene Geräte zum Einsatz. Alternativ bietet das Schleifen mit Schleifsteinen aufgrund des frei wählbaren Winkels zwischen Klinge und Schleifkörper einige Möglichkeiten, eine Schneide definiert zu erzeugen. Dabei wird durch Variation der Körnung, des Schleifwinkels und des Anpressdrucks eine Schneide in mehreren Arbeitsschritten erzeugt.
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Die meisten Verfahren erfordern kaum handwerkliches Geschick und dienen nur zum einfachen Erzeugen einer einigermaßen scharfen Schneide. Dem Profi-Einsatz wird das nicht gerecht. So werden vor allem die Verfahren mit einem Schleifstein und Relativbewegung Klinge über Schleifstein, oder Schleifstein über Klinge mit einer Vorrichtung als manuelle Lösung bevorzugt. Alternativ werden im Profi-Einsatz motorisch betriebene Schleifgeräte verwendet.
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Das Schleifen mit der Relativbewegung Klinge über Schleifstein erfolgt in einem definierten Winkel von Schneide zu Schleifstein (ca. 10° - 25°). Der Winkel wird mit Erfahrung oder mit einer Winkellehre (Schablone, Führung) oder einem Winkelmesser eingestellt, kann aber während des Schleifens nur schwer und nur mit viel Übung konstant gehalten werden.
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Beim Schleifen mit der Relativbewegung Schleifstein über Klinge wird der Winkel zuvor über eine Vorrichtung eingestellt, jedoch variiert dieser durch die Vorrichtung über den Verlauf der Schneide. Insbesondere lassen sich Schneiden von stark gekrümmten Klingen schlecht mit konstanter Schneidgeometrie über die Klingenlänge erzeugen, da sich der Relativ-Winkel zwischen Klinge und Schleifwerkzeug durch die Vorrichtung über die Klingenlänge verändert.
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Dabei kann der zuvor aufwändig eingestellte Winkel nicht konstant über die Schneide gehalten werden.
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Oft ist eine komplexere Schneide gewollt, die aus mehreren Winkeln bzw. Fasen besteht. Dabei wird zur Hauptschneide eine weitere „Fase“ im vorderen Teil der Schneide geschliffen, um die Schneideigenschaften zu verbessern, was mit den bekannten Verfahren herausfordernd oder nicht möglich ist.
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Kurzgefasst besteht das Problem darin, dass es schwierig ist, einen bestimmten Schneidenwinkel während des Erzeugens oder Schärfens einer Schneide einzuhalten und eine bestimmte Schneidgeometrie, bspw. mit mehreren Fasen, zu erzeugen.
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Daraus folgt die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung anzugeben, welche eine Rückmeldung während einer Schleifenbewegung über die Lage zwischen Schleifkörper und Schneide liefert und die Erzeugung einer bestimmten und möglichst definierten Schneidgeometrie ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe wird in einem Anordnungsanspruch angegeben. Unteransprüche geben weitere vorteilhafte Ausgestaltungen an.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betreiben eines manuell eingesetzten Systems zur Erzeugung und/oder Schärfung einer Schneide eines Schneidwerkzeugs.
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Das zentrale Merkmal der Anordnung ist eine Sensorik zur Erfassung bzw. Ableitung der Winkelorientierung, welche mindestens einen Lagesensor umfasst, welcher Abweichungen von einer vorbestimmten Lage als Winkel-Neigung zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Schneidwerkzeug erfasst und unmittelbar anzeigt.
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Es sollen erfasste Daten der Schleifbewegung und der Winkel-Neigung in Beziehung zu einer vorbestimmten Lage zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Schneidwerkzeug darstellbar sein, wobei die vorbestimmte Lage zwischen dem Schleifwerkzeug und der Schneide der Winkel-Neigung des Schleifwerkzeugs gegen das Schneidwerkzeug entspricht. Mit der Winkel-Neigung wird die Schneidengeometrie, genauer der Schneidenwinkel (der Schneidkeil) festgelegt.
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Der mindestens eine Lagesensor dient der Erfassung der Lage (Winkelposition) und kann als (Erd-) Beschleunigungssensor, als Magnetometer, als Gyroskop oder als Kraftaufnehmer ausgebildet sein.
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Zur Erhöhung der Erfassung und Genauigkeit des aktuellen Schleifwinkels ist es aufgrund der Bewegungsdynamik von Vorteil, eine Kombination mindestens zweier Lagesensoren einzusetzen. Hierbei kann ein zweiter Lagesensor als Inertialsensor zur Messung von Translations- und Rotationsbeschleunigungen ausgebildet sein. Durch diese Kombination können Beschleunigungen und Drehungen um drei Achsen während der Schleifbewegung gemessen werden. Dadurch ist es möglich, den aktuellen Schleifwinkel auch während der Schleifbewegung genau zu erfassen.
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Die erfassten Daten werden von einem Controller als Meldesignal an mindestens eine Meldeeinheit übermittelt, wobei das Meldesignal in seiner Stärke abhängig ist von einer Abweichung von der vorbestimmten Lage.
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Die mindestens eine Meldeeinheit kann als mechanischer Aktuator oder als optisches Display oder als elektrische Schnittstelle ausgebildet sein.
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Der mechanische Aktuator in einer Micromechanik dient der akustischen Signalisierung (hörbare Ausgabe über Summer) oder der haptischen (fühlbaren) Wahrnehmung (Vibrationsmotor zum Rütteln oder Vibrieren). Je nach Abweichung von der vorbestimmten Lage variiert die Intensität der akustischen Signalisierung (Geräusch oder Vibration).
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Ein optisches Display liefert eine visuelle Darstellung, beispielsweise Anzeige als Zahl (als Winkelangabe), als Farbe, als Blinken oder als Helligkeit über das Display. Je nach Abweichung von der vorbestimmten Lage variieren die Farbe oder die Helligkeit der Anzeige. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine wandernde Linie im Display erscheint, die eine Abweichung von der vorbestimmten Lage aufzeigt.
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Eine elektrische Schnittstelle übermittelt ein elektrisches (digitales) Signal drahtgebunden oder drahtlos an eine Auswerteeinheit oder zur Darstellung auf einem Monitor. Die Schnittstelle kann mit Computeranbindung und -software genutzt werden, um einen „digitalen Zwilling“ zu erzeugen und die Bewegung mittels Software zu analysieren. Mit dem digitalen Zwilling kann die Schleifbewegung angezeigt, analysiert und bewertet werden.
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Eine Darstellung auf einem Monitor kann darin bestehen, dass eine dreidimensionale Abbildung in Art eines Videos oder als live-Darstellung des Bewegungsmusters der Schleifbewegung widergegeben wird; etwa entsprechend 1 dieser Anmeldung. Damit kann dem Benutzer eine Anleitung zur „richtigen“ Schleifbewegung vermittelt werden.
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Neben einer solchen dreidimensionalen Abbildung kann ein Linien-Diagramm darstellbar sein, das grafisch Abweichungen vom gewünschten Neigungswinkel ao oder vom Sollprofil der Schleifbewegung darstellt. Abweichung vom gewünschten Neigungswinkel zu größeren Winkeln, oder zu kleineren Winkeln sind unmittelbar erkennbar.
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Die Schleifbewegung kann vom Anwender in Abhängigkeit von der Darstellung des Bewegungsmusters auf dem Monitor kontrolliert und gegenüber der ausgeführten Bewegung angepasst werden, bspw. beim Vorhub der Schleifbewegung mehr schwenken oder auf Konstanthaltung des Werkzeug achten. Weiterhin können Lernprogramme eingesetzt werden, mit denen der Benutzer seine Schleifbewegung optimieren kann.
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Die elektrische Schnittstelle kann als USB-Schnittstelle ausgebildet sein, wobei die Schnittstelle zum Aufladen eines Energiespeichers (Batterie) und/oder zum Programmieren des Controllers und/oder zur Datenübermittlung an die Auswerteeinheit genutzt werden kann.
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Die Lagesensorik, der Controller und die Meldeeinheit(en) sowie die Datenschnittstelle können entweder am Schneidwerkzeug oder am Schleifwerkzeug angeordnet sein, wobei die Komponenten entweder in einem Gehäuse oder im Griff einer Haltevorrichtung für das Schleifwerkzeug eingebaut sind. Das Gehäuse kann magnetisch oder mit Hilfe von mechanischen Klemmungen auf dem Schneidwerkzeug oder auf seiner Klinge befestigt werden.
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Die Energieversorgung der Lagesensorik kann über eine Batterie und/oder über die Datenschnittstelle erfolgen.
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Die Anordnung stellt also ein Feedbacksystem für den Benutzer dar. Es können unterschiedliche, am Markt erhältliche Schleifkörper (Schleifsteine) mit verschiedenen Körnungen benutzt werden.
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Eine vorhandene Haltevorrichtung des Schleifsteins wird handgeführt. Aus der Kombination aus Haltevorrichtung und Schleifstein ergibt sich eine Feile, mit der eine definierte Schneide erzeugt wird. Der Schleifprozess entspricht dem des „Feilens“.
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Eine Haltevorrichtung wird mit dem Schleifkörper (Schleifstein) auf die Klinge gelegt und die Winkelmessung wird tariert. Damit wird der Winkel ao=0°, der die Mittenachse einer Schneide definiert, festgelegt. Anschließend wird der gewollte Soll-Schleifwinkel eingestellt (bspw. 15° zur Mittenachse). Der Schleifprozess beginnt nun im Optimalfall im Winkel von 15°. Dazu muss die Haltevorrichtung (plus Schleifstein) entsprechend gehalten und bewegt werden. Die Meldeeinheit gibt dem Bediener ein Feedback, sobald sich statisch oder dynamisch eine Abweichung vom eingestellten Soll-Winkel ergibt.
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Die Vorteile werden wie folgt zusammengefasst:
- • Die Schleifbewegung erfolgt ohne kinematische Einschränkung (jeder Winkel ist möglich),
- • Es können marktübliche Schleifsteine mit unterschiedlichen Körnungen und aus unterschiedlichen Materialien eingesetzt werden,
- • Der Soll-Winkel kann durch das Feedbacksystem eingehalten werden,
- • Die Schleifdaten können zur weiteren Analyse digital (bspw. über Software) erfasst und bereitgestellt werden,
- • Eine Schneide muss nicht angelernt werden,
- • Eine Schneide kann definiert erzeugt werden (durch Variation Winkel, Anpressdruck, Körnung, Schleifbewegung),
weiterhin kommt eine Verbesserung bei folgenden Punkten zustande
- • Einstellen eines beliebigen Winkels,
- • Konstanthalten des eingestellten Winkels.
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Die Erfindung wird in Figuren dargestellt, wobei die Figuren im Einzelnen zeigen:
- 1: ruhendes Schneidwerkzeug, bewegtes Schleifwerkzeug,
- 2: ruhendes Schleifwerkzeug, bewegtes Schneidwerkzeug und
- 3: Darstellung eines Linien-Diagramms der Schleifbewegung auf einem Monitor.
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Die 1 zeigt eine Anordnung zur Erzeugung oder zum Schärfen einer Schneide 12 an einem Schneidwerkzeug (Messer 11, mit Klinge 10) mittels eines Schleifwerkzeugs 16. Das Schneidwerkzeug ruht; das Schleifwerkzeug wird bewegt. Mit Bezugszeichen 18 ist die Relativbewegung zwischen Schneidwerkzeug 11 und Schleifwerkzeug 16 bezeichnet.
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Das Schleifwerkzeug 16 ist in einer zugehörigen Halterung 24 angeordnet. Ein Lagesensor 20 befindet sich in der Halterung 24 des Schleifwerkzeugs 16. Meldesignale des Lagesensors werden in einem Display 21 als Abweichungen von einer vorbestimmten Lage zwischen dem Schleifwerkzeug und der Schneide angezeigt.
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Die 2 zeigt eine Anordnung, bei der das Schleifwerkzeug 16 ruht und das Schneidwerkzeug 11 bewegt wird.
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Der Lagesensor 20 befindet sich in einem Gehäuse, welches auf der Klinge 10 eines Messers 11 montiert ist. Mit a ist die Winkel-Lage bezeichnet zwischen der Klinge 10 des Schneidwerkzeugs 11 und dem Schleifwerkzeug 16 (hier als prismatischer Schleifstein angedeutet).
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In der 3 ist eine Darstellung eines Linien-Diagramms der Schleifbewegung 18 auf einem Monitor ersichtlich. Über den Weg einer Schleifbewegung wird grafisch die Abweichung vom gewünschten Neigungswinkel ao oder vom Sollprofil der Schleifbewegung dargestellt. Abweichung gekennzeichnet mit + sind Abweichungen zu größeren Winkeln, Abweichung gekennzeichnet mit - sind Abweichungen zu kleineren Winkeln. Über ein Auswerteprogramm kann das Linien-Diagramm auch als Kummulation mehrerer Schleifbewegungen errechnet werden.
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Zusammenfassend kann die Erfindung wie folgt beschrieben werden:
- Es wird eine Anordnung zum Betreiben eines manuell eingesetzten Systems zur Erzeugung und/oder Schärfung einer Schneide 12 eines Schneidwerkzeugs 11 beschrieben. Die Erfindung erlaubt es, einen bestimmten Schneidenwinkel a während des Schleifvorgangs einzuhalten. Es wird mindestens ein Lagesensor 20 eingesetzt, welcher eine unmittelbare Rückmeldung über die Winkel-Lage zwischen Schleifkörper 16 und Schneidwerkzeug 11 liefert; insbesondere eine Abweichung von einer vorbestimmten Lage zwischen Schleifwerkzeug und Schneidwerkzeug (der Schneide) anzeigt. Die vorbestimmte Lage soll einem gewünschten Schneidenwinkel entsprechen. Es entsteht ein Feedbacksystem mit Lagesensorik und integrierter Steuerung, so dass eine Rückkopplung der Winkel- oder Bewegungsabweichung gegeben ist. Mit dem Feedbacksystem ist auch vorgesehen, eine Darstellung der Schleifbewegung auf einem Monitor vorzunehmen. Der mindestens eine Lagesensor 20 liefert eine haptische, auditive, visuelle und/oder digitale Rückmeldung, zum Einstellen und Einhalten des gewollten Schleifwinkels. Die Anordnung kann mit unterschiedlichen, am Markt erhältlichen Schleifkörpern (Schleifsteinen) mit verschiedenen Körnungen benutzt werden. Entweder kann der Schleifkörper oder das Schneidwerkzeug handgeführt sein, wobei der Schleifprozess der Bewegung des „Feilens“ entspricht.
