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Elektrische Schneide
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Bei der Zerteilung von verschiedenen Materialien, z.B. Holz, mit schneidenden
Werkzeugen wie beim Sägen, Hobeln und Fräsen, hat man durch Erwärmung des Materials
die Möglichkeit geschaffen, die Schnittarbeit zu erleichtern und die Produktion
zu steigern.
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Kosten für Erwärmung stehen in Abhängigkeit von der erforderlichen
Temperaturerhöhung und in der Regel in noch höherem Grad von der Größe des Werkstückes.
Meistenteils handelt es sich um ein großes Werkstück, das erwärmt werden soll, um
die Zerlegung durch einen einzigen Schnitt durch dieses zu erleichtern. Weiter geschieht
diese Erwärmung durch eine zeitraubende Konvektion und Leitung. Wegen dieser Umstände
hat sich eine Erwärmung nur für gewisse besondere Zwecke, z.
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B. Rundschälen, als geeignet erwiesen. Es. ist eine Erwärmung notwendig,
um die Schälung des Holzes zu ermöglichen und gleichzeitig die Toralerwärmung gut
auszunutzen. Der größere Teil der ganz erwärmten Holzmasse wird schnitten. Ein anderes
Anwendungsgebiet ist das Sägen von gefrorenem Holz. Dabei ist es wichtig, den hohen
Schnittwiderstand zu senken.
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Gemäß der Erfindung wird eine wirkungsvolle Erwärmung des aktuellen
Gebiets durchgeführt, indem die Schnittarbeit geschi ht. Die Erwärmung wird elektrisch
durchgeführt, entsteht momentan in den Schneidenspitzen und umfaßt nur einen kleinen
Teil des Materials (Holz), das zerlegt werden soll.
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Auf die übrigen großen Teile des Materials, die nicht bearbeitet werden
sollen, wird keine Energie verschwendet.
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Das Sägeblatt oder Kreissägeblatt ist in zwei Teilen und
zwischenliegender
Isolation ausgeführt. Die Sägeblätter werden an eine elektrische Spannung angeschlossen,
so daß zwischen den Schneidenspitzen oder zwischen diesen und einer dritten Elektrode
kräftige Feldstärken entstehen und dadurch auch in den Schneidenspitzen und im Werkstück
eine starke und lokale Aufwärmung hervorgerufen wird. Das Sägeblatt kann ein konventioneller
Typ mit festen Zähnen sein, oder die Zähne können gegenseitig regelbar beweglich
ausgeführt werden, was auch in der DE-OS 30 22 967.5 (Schwedische Patentanmeldung
7905412-8) beschrieben wird. Die Erfindung kann auch für Messer angewendet werden.
Dann wird das Messer aufgeteilt, und es wird eine Isolation zwischen den aufgeteilten
Einheiten eingeführt. In dem Fall mit zwei beweglich arbeitenden Messerblättern,
der in den Schwedischen Patenten 313 429 und 324 226 beschrieben ist, wird die Isolation
zwischen den Messern eingeführt.
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Wenn das Werkstückmaterial eine große elektrische Leitfähigkeit hat,
wie z.B. Metall, wird via Strom in den Ohm-Widerstand die Erwärmungsenergie zugeführt,
welches am besten mit Hilfe eines Gleichstromgenerators oder Wechselstromgenerators
mit niedriger Frequenz geschieht. Bei der Bearbeitung von Material mit niedriger
Leitfähigkeit, z.B. Holz, Kunststoff und dergl., wird die Energie dielektrisch mit
Hochfrequenz zugeführt.
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Die Wärme wird auf das Zerlegungs-(Schnitt)-Gebiet des Materials konzentriert,
teilweise wegen der scharfen Spitzen, teilweise weil der Abstand zwischen elektrisch
zusammenwirkenden Zähnen kurz ist. Gebiete mit größeren Abständen zu den Zahnspitzen
werden also unbedeutend erwärmt.
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Auch die Zahnspitzen werden in derselben Weise gestaltet, wie näher
in der oben erwähnten DE-OS 30 22 967.5 beschrieben ist.
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Die Sägeblätter sollen eine gleichartige Zahnteilung haben,
und
die Zähne in den Sägeblättern sollen so gerichtete schneidende Fronten haben, daß
die Blätter zusammengepreßt werden.
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Dieses wird dadurch erreicht, daß die Zähne in dem linken Blatt -
in Schnittrichtung gesehen - nach rechts gerichtete Schneidenfronten haben und beim
Eintritt ins Holz nach rechts wirken, und daß die Zähne im rechten Blatt nach links
gerichtete Schneidenfronten haben und beim Eintritt ins Holz nach links wirken.
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Die aktiven Schnittorgane können daher den schneidenden Schnitt nach
links oder rechts steuern. Einen gleichartigen steuernden Effekt in der vorliegenden
Erfindung kann man durch eine gesteuerte Verteilung der Erwärmung des Sägeschnitts
erreichen. Dieses erfolgt durch die Einführung eines dritten elektrischen Systems
und einer regelbaren Spannungszuführung in die zwei Sägeblätter. Die oben genannten
rechtslinks Kräfte werden von der oben genannten elektrischen Spannungszuführung
und der damit verbundenen Erwärmung und dem veränderten Schnittwiderstand beeinflußt.
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Die Erfindung wird näher durch Angaben von einigen Ausführungsbeispielen
und auch durch Skizzen von diesen beschrieben.
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Erst wird eine Variante der Erfindung,angepaßt an Sägeblätter, angegeben.
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Diese wird in Fig. 1 gezeigt.
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In den Sägeblättern 1 und 2 ist jeder zweite Zahn 6 und 7 gegenseitig
durch passendes Material 5 voneinander isoliert.
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Wenn die Zahnschneiden in das Werkstück eingreifen, entsteht zwischen
den Schneiden, d.h. den Sägeschnitt entlang, eine kräftige elektrische Feldstärke.
Die elektrischen Feldlinien suchen den nächsten Weg zwischen gegenseitig naheliegenden
Zähnen mit Gegen-#tK. Aus der Figur geht auch hervor, daß die Feldstärke/Wärmeentwicklung
am größten ganz dicht an den
Schneidenspitzen wird.
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Fig. 2 zeigt im Querschnitt eine Ausführung der Zahnsysteme.
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Fig. 3,4 und 5 zeigen eine von mehreren denkbaren Ausführungen einer
Vorrichtung'mit der man die Wärmeentwicklung in den zwei Gruppen von Zahnspitzen
balancieren oder gegenseitig variieren kann. Das erfolgt hier durch die Einführung
eines dritten elektrischen Pols 3. Dieser besteht am besten aus der elektrischen
Erde der Maschine, wie Fig. 3 zeigt. Wie Fig. 4 und 5 zeigen, kann auch als dritter
Pol eine Mittenpartie 3 mit der Isolierschicht 5 ausgeführt werden.
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Fig. 4 und 5 zeigen eine Ausführung einer Kreissäge.Dabei wird das
3-Pol-System mit regelbaren Spannungen zwischen den Polen angewandt. Diese Spannungskontrolle
wird von der Schnittkraftvariation zwischen Rechtszähnen 6 und Links zähnen 7 oder
durch ein anderes und äußeres Steuerprogramm gesteuert.
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In dem Funktionsschema nach Fig. 4 sind die drei obengenannten Pole
1,2 und 3 voneinander elektrisch isoliert dadurch, daß der Pol 3 mit der Isolierschicht
5 von den Sägepolen 1 und 2 umschlossen ist. Wie diese Isolierung ausgeführt wird
und wie auch zwischen den Polen ein elektrischer Kontakt hergestellt wird, ist in
einem Ausführungsbeispiel in Fig.5 angegeben. Die Einzelfunktionen davon werden
später beschrieben.
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Die Sägeblätter 1 und 2 werden synchronisiert von einem Motor 11 angetrieben.
Dies geschieht durch eine Welle 12, durch Kettentransmissionen 13 und 14 und durch
Zahnräder 15-18.
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Mindenstens zwei der gleichartigen Zahnkränze sollen von den Sägeeinheiten
1 und 2 elektrisch isoliert sein. Diese Isolierung wird in Fig. 5 gezeigt. Auch
wenn die Sägeblätter synchron angetrieben werden, muß ein relativer und kleinerer
Freilauf zugelassen und erleichtert werden. Dies geschieht
dadurch,
daß eine der Kontaktflächen zwischen den Elektroden mit passendem Gleitmittel belegt
wird, und daß die Schnittkräfte der Zähne eindeutig in jeder Kettentransmission
wiedergefunden werden. Die Zahnräder 15 und 17 mit der Treibachse und ihren Lagergehäusen
werden in dem Maschinenstativ mittels zwei elektrischer Tragkraftgeber 19a und 19b
befestigt. Diese werden so in Reihe geschaltet und empfindlichkeitsåustiert, daß,
wenn die Schnittkräfte gleich groß sind, die ausgehende Signalspannung gleich Null
wird. Die notwendige Größe für oben genannten Freilauf wird von der Elastizität
der Kraftgeber bestimmt und kann durch die Wahl der Geber kleingehalten werden.
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Wie dieses Kraftdifferenzsignal zur Wiederherstellung der Kraft- und
Spannungsdifferenz gleich oder nahe Null ausgenutzt wird, ist in einer Ausführungsform
in dem unteren Teil der Fig. 4 beschrieben. Dadurch wird die Bedingung für eine
ideale Geradesägung ohne Seitenkräfte auf die Sägeblätter erfüllt. Das elektrische
Ungleichsignal beeinflußt durch ein polarisiertes Relais 20 die Umdrehungsrichtung
von einem Servomotor 21. Dessen Achse dreht die Mittelelektrode 24 und dessen variable
Doppelkapazitanz, welche elektrisch von dem Servomotor isoliert ist. Dieser ist
an eine Induktanz 25 angeschlossen, dessen anderes Ende an den Mittpol 3 in das
Sägeblattsystem angeschlossen ist. Die Induktanz ist induktiv an einen regelbaren
Effektgenerator gekuppelt.
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Wie in Fig. 5 angegeben, sind die Außenelektroden der Doppelkapazitanz
22 und 23 durch Schleifelektroden 27 und 28 an die Sägeblatteinheiten 1 und 2 angeschlossen.
Der Anschluß wird so gewählt, daß die Spannungsungleichheit in dem 3-Elektrodensystem
die Unbalanz bei diesen durch den Erwärmungseffekt auf Null bringt.
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Durch eine passende Formgebung der Außenelektroden der Doppelkapazitanz,
angedeutet
im Querschnitt A-A in Fig. 4, und/oder deren Mittelelektrode kann auch während der
Regelung die Totalkapazitanz des Systems konstant gehalten werden. Bei der Konstruktion
des selbstschwingenden Effektgenerators bedeutet das eine praktisch konstante Generatorfrequenz.
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Der mittengeerdete, regelbare Widerstand des elektrischen Brückensystems
26 beeinflußt die Anschlußspannung in der Brücke des Relais. Die Brückenspannung
kann also vom einen Wert Null auf einen wahlbaren Plus- oder Minuswert eingestellt
werden.
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Das Servosystem regelt automatisch die Effektverteilung und damit
auch die Schnittkraftverteilung für ein gewünschtes assymetrisches Verhältnis, wie
Krümmungssägen, Kompensierung von ungleichem Zahnverschleiß usw.
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In Fig. 5 sind das 3-Pol-System 1,2 und 3, sein zusammenhängendes
äußeres elektrisches Kontaktsystem 27,28 und 29 und die zwei Treibzahnräder 16 und
18 funktionell beschrieben. Um es anschaulich zu machen1 ist das 3-Pol-System getrennt.
Weiter ist nur der eine Sektionsteil der Sägeblätter mit ihren schräg geschliffenen
Zähnen angegeben. Auch diese Fragen werden in der oben genannten DE-OS berührt.
Sowohl die Sägeblätter 1 und 2 als auch die Zahnräder 16 und 18 sollen gegen ihre
axialen Arbeitslager mit Muttern 30 bis 33 gepreßt werden. Die Sägeblätter laufen
in passend geformten Nutungen 34 und 35 in gegenseitiger und relativ zueinander
stabiler Winkellage. In Normallage sind die Sägeblätter gegeneinander gepreßt und
die Zahnfronten überlagert, siehe Punkt-Strich-Linien bei 6 und 7.
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Die axialen äußeren Teile des Systems werden von Lagern 6 und 7 festgehalten.
Diese sind vom System elektrisch isoliert mit den Isolierungsringen 38 und 39. Ringe
haben auch Kontakt mit Achsenflanschen und geben dem System eine axiale Stabilität.
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Durch passende Ausformung und damit Festlegung der Teilkapazitanzen
des Systems entsteht bei Gleichgewichtslage in der
elektrischen
Brücke keine Spannung in den Sägeblättern relativ zu der Umgebung. Alternativ kann
der Anschlußkontakt 40 auf Induktanz geerdet werden. Der nützlich angewandte elektrische
Effekt des Generatorsystems kann bei dieser Konstruktion nur auf den Schnittbereich
konzentriert werden.
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Die in den Fig. 4 und 5 zueinander leicht drehbaren Blatt-und Achseneinheiten
1,2 und 3 können vollständig gegeneinander fixiert und dabei von einem direktgekoppelten
Motor angetrieben werden. Die zwei Kraftgeber 19a und 19b werden dann durch einen
einzigen Kraftgeber ersetzt, welcher zurMessupgeine axialen Druckes im Achsensystem
angebracht und mit einem geringen axialen Spiel und Initialbelastung, d.h. einer
Vorspannung, versehen ist, z.B. durch eine Feder in axialer Richtung beaufschlagt
ist. Diese nicht gezeigte Alternativausführung läßt eine geringere Blattdicke bei
beibehaltener Steifigkeit zu.
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In Fig. 6 ist eine Ausführung mit Doppelschneide angegeben für die
Verwendung, z.B. beim Hobeln, Fräsen, Furnierschälen, d.h. wenn kleinere Mengen,
z.B. eine Flächenschicht,von dem Werkstück entfernt werden sollen.Die zwei Schneidenteile
1 und 2 können gegenseitig verschiebbar sein, um die gewünschten Schnittwirkungen
zu bekommen, z.B. die Wiederherstelung des optimalen Effekts nach Störungen durch
Verschleiß, durch variierende Struktur im Werkstück usw.
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Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform für spanfreie Spaltung von Material.
Die Schneidenhälften 1 und 2 können relativ zueinander in der Schnittrichtung verschoben
werden. Auch oszillierende Messer können ihre Seitenstabilität erhöhen dadurch,
daß die konzentrierte Wärmeentwicklung die Schnittarbeit vermindert und damit auch
die Seitenkrafteffekte.
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In den Fig. 1 bis 3 und Fig. 6 und 7 ist der elektrische Effektgenerator
nicht näher beschrieben. Bei der Ziffer 8 ist an ihrer Stelle ein international
akzeptiertes Symbol für eine solche Einheit angegeben.
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Die angegebenen Ausführungsformen und Anwendungen beschreiben mehr
konkret die Erfindung. Sie sollen Beipsiele darstellen, welche vervielfacht werden
können, und sie können deswegen nicht als deckend oder begrenzend für die Ausführungsformen
und die Anwendungsgebiete angesehen werden. Mit Rücksicht auf die Verwendung wird
die Konstruktion unterschiedlich sein, und dazu kommt auch noch, daß die verschiedenen
Anwendungsgebiete für schneidende Werkzeuge sehr groß sind. Beispiele für andere
Anwendungsgebiete sind Metallbearbeitung, medizinische Chirurgie, Bearbeitung von
tiefgefrorenen Produkten, Flächenputzen usw.
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