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Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Profilschnitten in
der Oberfläche eines erkstoffes, Anwendung des Verfahrens und Vorrichtung zu dessen
Durchführung Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von Profilschnitten
nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1, Anwendung des Verfahrens nach
Anspruch 9 und 10 und von einer Vorrichtung zu dessen Durchführung nach der Gattung
des Oberbegriffs des Anspruchs 11.
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Zur Bearbeitung von weichen, leichtverformbaren Werkstoffen, insbesondere
von Kautschuk und Weichschaumstoffen auf Kunststoffbasis sind die verschiedensten
Formschneideverfahren angewendet worden. Zur Erzeugung von Profilschnitten in der
Werkstückoberfläche wird unter anderem die sog. Maskenschneidtechnik angewendet.
Dabei wird der meist in Platten- oder Blockform vorliegende weiche Werkstoff mittels
einer ebenen Druckvorrichtung durch die Ausschnitte einer ebenen, aus Blech gefertigten
sog. Maske hindurchgedrückt. Die durch diese Ausschnitte auf die andere Seite der
Maske hindurchgequetschten Teile des Werkstoffes werden durch ein Bandmesser abgeschnitten
Nach der Entnahme aus der Vorrichtung federt der Werkstoff zurück und unterhalb
der jenseits der Maske abgeschnittenen konvexen Teile bleibt der entsprechende Bereich
des Werk-
stücks als konkave Form (Hohlform, Negativ) zurück. Die
bekannten Vorrichtungen haben Kastenform und jedes Werkstück wird einzeln eingelegt
und nach der Bearbeitung wieder herausgenommen (siehe Prospekte der Firmen Albrecht
Bäumer KG, Spezialmaschinenfabrik, D-5905 Freudenberg, Asdorfer Strasse 96-106,
September 1981; Fecken-Kirfel GmbH, Maschinenfabrik, D-5100 Aachen, Goebbelgasse
1-15, Mai 1981 und August 1982). Andererseits sind sog. Schälmaschinen mit Profiliergeräten
bekannt, welche in die Oberfläche von endlosen Schaumstoffbahnen symmetrische Profile
in Form von Noppen- oder Fischgrätmustern schneiden (siehe Prospekt der Firma Albrecht
Bäumer KG).
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Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind aufwendig und arbeiten
entweder diskontinuierlich mit der Inkaufnahme beträchtlicher toter Zeiten oder
erlauben nur einfache symmetrische Profilmuster, wodurch die Freiheit der Gestaltung
stark beschränkt ist. Zudem muss das Werkstück beim diskontinuierlichen Verfahren
zuerst auf Bearbeitungsgrösse zugeschnitten und in den Kasten eingelegt werden.
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Es besteht daher ein ausgesprochenes Bedürfnis, die bekannten Verfahren
zu verbessern und rationaller zu gestalten, sowie die zur Durchführung dieser Bestrebungen
erforderlichen Mittel bereitzustellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kontinuierlichen
Herstellung von Profilschnitten in vorwiegend flächenförmigen weichen, leichtverformbaren
Werkstoffen, wie Kautschuk, Weichschaumstoffe, Elastomere sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, womit der Produktionsausstoss erhöht
und der besagte Werkstoff im wesentlichen in beliebiger Länge in sozusagen endloser
Form bearbeitet werden kann. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, die Bearbeitung
von gross-
flächigen Werkstücken, insbesondere solcher grosser Breite
im Durchlaufverfahren zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 und des Anspruchs 11 angegebenen Merkmale gelöst.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren näher erläuterten
Ausführungsbeispiele und Verfahrensweisen beschrieben.
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Dabei zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine schematische der
Erläuterung des Verfahrens dienende Vorrichtung, Fig. 2 eine perspektivische Darstellung
einer Vorrichtung mit bandförmiger Schneidmaske und bandförmigem Transport- und
Druckkörper, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine schematische Vorrichtung mit hohlzylindrischer
Schneidmaske und walzenförmigem Transport- und Druckkörper und innenliegendem Schneidwerkzeug,
Fig. 4 einen Grundriss und Schnitt durch eine Vorrichtung mit hohlzylindrischer
Schneidmaske und walzenförmigem Transport- und Druckkörper und innenliegendem Schneidwerkzeug,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine schematische Vorrichtung mit hohlzylindrischer
Schneidmaske und walzenförmigem Transport- und Druckkörper und aussenliegendem Schneidwerkzeug,
Fig. 6 einen Grundriss und Schnitt durch eine Vorrichtung
mit hohlzylindrischer
Schneidmaske und walzenförmigem Transport- und Druckkörper und aus sein liegendem
Schneidwerkzeug, Fig. 7 einen Längs schnitt durch eine schematische Vorrichtung
mit bandförmiger Schneidmaske und flachem Tisch als Transport und Druckkörper, Fig.
8 einen Längsschnitt durch eine schematische Vorrichtung mit bandförmiger Schneidmaske
und kreisförmigem, eine Hin- und Herbewegung in der Querrichtung ausführenden Schneidwerkzeug,
Fig. 9 einen Grundriss und Schnitt durch eine Vorrichtung mit bandförmiger Schneidmaske
und kreisförmigem, eine Hin- und Herbewegung in der Querrichtung ausführenden Schneidwerkzeug.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine schematische Vorrichtung,
welche lediglich der Erläuterung des Prinzips des Verfahrens dienen soll, ohne Rücksicht
auf die zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Mittel. Mit 1 ist der weiche,
leichtverformbare Werkstoff bezeichnet, der in Band-, Stab- oder Flächenform (als
Stoffbahn, Plane oder Platte) vorliegen kann. Darunter gehören vor allem Natur-und
Kunstkautschuk, Weichmacher enthaltende Kunststoffe oder Elastomere und insbesondere
poröse Weichschaumstoffe auf der Basis von Kunststoffmassen, Kautschuk, kautschukartigem
Material und Elastomeren. 2 stellt die mit profilierten Ausschnitten 3 versehene
bewegte, umlaufende, endlose Schneidmaske dar. 4 ist ein ebenfalls bewegter Transport-
und Druckkörper, während 5 das quer zur Vorschubrichtung arbeitende, im Raume gegenüber
der Vorschubrichtung fest angeordnete Schneidwerkzeug darstellt. Die horizontalen
Pfeile stellen die Vorschubrichtung, die vertikalen die Wirkungslinien des auf den
Werkstoff 1 von der
Schneidmaske 2 und dem Transport- und Druckkörper
4 ausgeübten Druckes dar.
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In Fig. 2 ist eine Vorrichtung mit bandförmiger Schneidmaske und bandförmigem
Transport- und Druckkörper perspektivisch dargestellt. Der leichtverformbare Werkstoff
1 hat prismatische oder Plattenform. Die umlaufende Schneidmaske 2, welche mit Ausschnitten
3 (z.B. in Form eines T-Profils) versehen ist, sowie der Transport- und Druckkörper
4 sind je als endloses Band ausgeführt. Dabei läuft die Schneidmaske 2 über die
Walzen 7, der Transport- und Druckkörper 4 über die Walzen 8. Die Bewegungsrichtungen
von 2 und 4 sind durch entsprechende Pfeile angedeutet.
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Das Schneidwerkzeug 5 stellt ein um zwei zylindrische Trommeln 6 (in
der Zeichnung ist nur die vordere Trommel sichtbar) laufendes und von innen geführtes
Bandmesser dar, welches mit seiner Schneidkante quer zur Vorschubrichtung des Werkstoffes
1 liegt. Die Achsen der Trommeln 6 liegen demzufolge parallel zur Vorschubrichtung.
Die Bewegung des Schneidwerkzeuges 5 ist durch einen nach vorn gerichteten Pfeil
dargestellt. Der Durchmesser der Trommeln 6 ist in dieser Figur kleiner als derjenige
der Walzen 7 dargestellt, so dass sich das Schneidwerkzeug 5 vollständig innerhalb
der umlaufenden Schneidmaske 2, also auf der dem Werkstoff 1 abgewandten Seite befindet.
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Die Vorrichtung kann jedoch auch derart ausgeführt sein, dass die
Trommeln 6 grösser als die Walzen 7 sind und sich das Schneidwerkzeug ausserhalb
der Schneidmaske 2, also auf der dem Werkstoff 1 zugewandten Seite befindet. Der
durch einen Ausschnitt 3 hindurchgedrückte, noch nicht abgeschnittene Teil des Werkstoffes
1 ist in der linken Bildhälfte als prismatisches T-Stück perspektivisch dargestellt.
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Fig. 3 stellt einen Längsschnitt durch eine schematische Vorrichtung
mit hohlzylindrischer Schneidmaske und walzen-
förmigem Transport-
und Druckkörper sowie innenliegendem Schneidwerkzeug dar. Der Werkstoff 1 befindet
sich zwischen der mit Ausschnitten 3 versehenen Schneidmaske, welche als Hohlzylinder
ausgebildet ist, und dem walzenartigen Transport- und Druckkörper 4. Das Schneidwerkzeug
5 ist ein Bandmesser, welches um innenliegende Trommeln 6 geführt ist. Die Achsen
der Schneidmaske 2 und des Transport- und Druckkörpers 4 sind unter sich parallel
und zudem parallel zur Vorschubebene des zu bearbeitenden Werkstoffes 1. Schneidmaske
2 und Transport- und Druckkörper 4 führen eine bezüglich ihrer Achsen gegensinnige
rotierende Bewegung mit gleicher Unfangsgeschwindigkeit im Bereich der Berührung
und Verdichtung des Werkstoffes 1 aus. Dies ist durch Pfeile angedeutet, welche
die Vorschubrichtung von 1 und die Bewegungsrichtung von 2 und 4 klarstellen. Die
Druckwirkung ist durch radial gerichtete Pfeile hervorgehoben.
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In Fig. 4 ist der Grundriss und Schnitt durch eine Vorrichtung mit
hohlzylindrischer Schneidmaske und walzenförmigem Transport- und Druckkörper sowie
innenliegenden Schneidwerkzeug gemäss Figur 3 dargestellt. Die Bezugszeichen entsprechen
genau denjenigen dieser Figur. Die Bewegungsrichtungen sind wieder durch entsprechende
Pfeile markiert.
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Fig. 5 stellt einen Längsschnitt durch eine schematische Vorrichtung
mit hohlzylindrischer Schneidmaske und walzenförmigem Transport- und Druckkörper
und aussenliegendem Schneidwerkzeug dar. Die Bezugszeichen und Pfeile sowie die
allgemeine Anordnung der Bauteile entsprechen denjenigen der Figur 3. Die Trommel
6 weist hier jedoch einen grösseren Durchmesser als die Schneidmaske 2 auf, so dass
der aktiv wirksame Teil des Schneidwerkzeuges 5 (beispielsweise die Schneidkante
eines Bandmessers) zwischen Werkstoff 1 und Aussenfläche der Schneidmaske 2 (auf
der dem
Werkstoff 1 zugewandten Seite) zu liegen kommt.
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Fig. 6 zeigt einen Grundriss und Schnitt durch eine Vorrichtung mit
hohlzylindrischer Schneidmaske und walzenförmigem Transport- und Druckkörper und
aussenliegendem Schneidwerkzeug gemäss Figur 5. Die Bezugszeichen entsprechen dieser
Figur. Die Pfeile deuten die entsprechenden Bewegungsrichtungen an.
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In Fig. 7 ist ein Längsschnitt durch eine schematische Vorrichtung
mit bandförmiger Schneidmaske und flachem Tisch als Transport- und Druckkörper dargestellt.
Die Bauelemente mit den Bezugszeichen 1, 2, 3 und 5 entsprechen denjenigen der perspektivischen
Figur 2. Der Transport- und Druckkörper 4 ist hingegen im vorliegenden Fall nicht
als endloses, eine gewöhnliche Translation (oder Rotation) ausführendes Bauteil,
sondern als Tisch ausgebildet, welcher eine periodische, den Werkstoff 1 intermittierend
in der Längsrichtung fördernde Bewegung ausführt. Dies kann beispielsweise vorteilhaft
als sog. Pilgerschritt-Bewegung erfolgen, wie es von gewissen Walzverfahren her
bekannt ist. Die durch abwechselnde horizontale und vertikale Schritte gekennzeichnete
Bewegung ist durch die gestrichelte und die strichpunktierte Lage des Tisches sowie
durch einen rechteckigen Pfeil-Polygonzug angedeutet. Die übrigen Pfeile entsprechen
denjenigen in Figur 1.
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Fig. 8 zeigt einen Längsschnitt durch eine schematische Vorrichtung
mit bandförmiger Schneidmaske und kreisförmigem, eine Hin- und Herbewegung in der
Querrichtung ausführenden Schneidwerkzeug. Die Bauelemente mit den Bezugszeichen
1, 2, 3 und 4 entsprechen denjenigen der Figuren 1 und 2. Als Schneidwerkzeug 5
ist hier jedoch ein rotierendes Kreismesser oder eine rotierende Kreissäge vorgesehen,
welches sich rechtwinklig zur Vorschubrichtung und in einer zur Vorschub ebene parallelen
Ebene hin- und
herbewegen kann. Zu diesem Zweck ist das tellerförmige
Schneidwerkzeug 5 mittels einer Kulisse in einer quer zur Vorschubrichtung angeordneten
Schiene gleitend gelagert. Der aktive Teil des Schneidwerkzeuges 5 kann als ebener
Teller (linke Seite des Bildes) oder als kegelförmiger Teller (rechte Seite des
Bildes) ausgebildet sein.
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Fig. 9 zeigt einen Grundriss und Schnitt durch eine Vorrichtung mit
bandförmiger Schneidmaske und kreisförmigem, eine Hin- und Herbewegung in der Querrichtung
ausführenden Schneidwerkzeug gemäss Figur 8. Die Bezugszeichen entsprechen dieser
Figur. Die Doppelpfeile auf den Kulissen in den Schienen deuten die Hin- und Herbewegung
an.
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Verfahrensweise A Siehe Figuren 1, 2, 3, 4.
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Der in Platten-, Band- oder Blockform vorliegende, ebenflächige leichtverformbarc
Werkstoff 1 wird zwischen zwei, eine Längsbewegung ausführende und eine Querkraft
ausübende Organe, die umlaufende Schneidmaske 2 und den Transport- und Druckkörper
4 gepresst und gleichzeitig in seiner Längsrichtung kontinuierlich gefördert. Dies
kann durch gleichsinnige translatorische oder gegensinnige rotierende Bewegung der
Organe 2 und 4 erfolgen. Die Schneidmaske 2 ist mit profilierten Ausschnitten 3
versehen, durch welche der Werkstoff 1 auf die Innenseite der Schneidmaske 2 hindurchgedrückt
wird. Ein innerhalb der Schneidmaske 2 liegendes Schneidwerkzeug 5 schneidet den
nach innen vorstehenden konvexen Teil des Werkstoffes 1 ab, so dass dieser nach
Verlassen des Bereiches der die Querkraft ausübenden Organe 2 und 4 das gewünschte
Profil als konkaven Teil (Hohlform) aufweist.
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Verfahrensweise B Siehe Figuren 5, 6.
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Der leichtverformbare Werkstoff 1 wird analog zur Verfahrensweise
A zwischen zwei, je auf einer Seite befindlichen, eine Querkraft ausübenden Organen
2 und 4 hindurchgeführt und gleichzeitig verdichtet. Das Abschneiden des durch die
Ausschnitte 3der Schneidmaske 2 hindurchgedrückten Teils des Werkstoffes 1 erfolgt
hier jedoch mittels eines ausserhalb der Schneidmaske 2 gelegenen Schneidwerkzeuges
5. Dabei kann das letztere - je nach seiner Natur, ob mechanisch oder thermisch
wirkend - das Abschneiden des hindurchgedrückten Werkstoffteils entweder unmittelbar
längs der Oberfläche der Schneidmaske 2 oder in einem geringen Abstand von derselben
bewerkstelligen.
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Verfahrensweise C Siehe Fig. 7.
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Der leichtverformbare Werkstoff 1 wird hier zwar grundsätzlich kontinuierlich,
jedoch schrittweise unter gleichzeitigem intermittierendem Zusammendrücken zwischen
den beiden, eine Querkraft ausübenden Organen 2 und 4 hindurchgeführt. Dabei bewegt
sich der Transport- und Druckkörper 4 zunächst einen gewissen Streckenabschnitt
weit gleichsinnig und mit gleicher Geschwindigkeit wie der Werkstoff 1. Nach Erreichen
eines Anschlags wird der Werkstoff 1 kurzzeitig ruckartig durch eine Querbewegung
des Organs 4 entlastet, worauf letzterer ebenfalls ruckartig in seine Ausgangslage
zurückgeführt wird. Dies ist durch die ein Rechteck bildenden Pfeile angedeutet.
Die Bewegung des Transport- und Druckkörpers erfolgt also in ähnlicher vom Pilgerschritt-Walzverfahren
her bekannter Weise. Eine ähnliche Förderwirkung kann durch schnellere, oszillierende
Bewegungen des Organs 4 erzielt werden, wozu seine dem Werkstoff 1 zugewandte Oberfläche
dann mit
Querrillen asymmetrischen Profils oder einer bezüglich
Richtungssinn des Transports asymmetrischen Rauhigkeit ausgestattet sein muss.
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Ausführungsbeispeil I: Siehe Figuren 3 und 4.
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Die Vorrichtung besteht grundsätzlich aus einem Gerüst mit einem horizontalen
Arbeitstisch über welchen der Werkstoff 1 zugeführt wird. Im H- oder jochförmigen
Gerüst sind die zylindrischen Organe 2 und 4 mit parallelen Achsen gelagert. Die
Schneidmaske 2 ist als Hohlzylinder aus federhartem Stahlblech von ca. 3 mm Dicke
gefertigt.
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Der Aussendurchmesser beträgt ca. 400 mm, die Länge ca.
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700 mm. Der Transport- und Druckkörper 4 kann als zylindrische Walze
(Vollkörper) oder als Hohlkörper (Stahlblech von ca. 5 bis 8 mm Dicke) ausgebildet
sein und die gleichen Aussenabmessungen wie die Schneidmaske 2 haben.
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Doch können diese Masse selbstverständlich auch von diesen Werten
abweichen. Die Vorrichtung ist mit einem Antriebsmechanismus versehen, der dafür
sorgt, dass die Organe 2 und 4 im Gegensinn, aber mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit
rotieren. Als Schneidwerkzeug 5 ist ein auf der Einlaufseite zugeschärftes schmales
Bandmesser aus federhartem Stahl vorgesehen, welches über entsprechende Trommeln
6 von ca. 350 mm Durchmesser bewegt und geführt wird. Das Bandmesser ist derart
angeordnet, dass es direkt entlang der inneren Oberfläche der Schneidmaske 2, parallel
zu dessen Längsachse und quer zur Vorschubrichtung des Werkstoffes 1 läuft. gil
1 o1 n 5 ei Siehe Figuren 2, 5 und 6.
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Die Vorrichtung ist grundsätzlich ähnlich aufgebaut wie unter Beispiel
I beschrieben. In einem Gerüst sind insge-
samt 4 Walzen gelagert,
wobei je zwei Walzen 7 dem Transport der Schneidmaske 2 und je zwei Walzen 8 demjenigen
des Transport- und Druckkörpers 4 dienen. Letzterer ist hier als Druckband ausgeführt.
Die Walzen 7 und 8 sind im vorliegenden Fall als Hohlkörper von ca. 500 mm Aussendurchmesser,
1200 mm Länge und 8 mm Wandstärke ausgebildet.
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Die Schneidmaske 2 besteht aus einem federharten Stahlband von ca.
1100 mm Breite und 0,8 mm Dicke. Der Transport-und Druckkörper 4 besteht ebenfalls
aus einem Stahlband von ca. 1100 mm Breite und 0,75 mm Dicke. Als Schneidwerkzeug
5 ist ein Bandmesser vorhanden, welches sich jedoch im Gegensatz zur Anordnung gemäss
Fig. 2 nicht innerhalb sondern ausserhalb der Schneidmaske 2 befindet (vergl.
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Fig. 5 und 6). Dementsprechend beträgt der Durchmesser der Trommeln
6 ca. 550 mm. Die Trommeln 6 sind seitlich zwischen Säulen des Gerüstes gelagert,
wobei jeweils eine davon angetrieben wird.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
begrenzt. Es ergeben sich insbesondere weitere Varianten gemäss Figuren 1 bis 9
und zahlreichen hier nicht näher beschriebenen Kombinationsmöglichkeiten einzelner
Bauelemente dieser Figuren untereinander.
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Grundsätzlich kann das Schneidwerkzeug 5 als mechanisch oder thermisch
wirksames Gerät ausgeführt sein. Als mechanische Werkzeuge kommen neben umlaufenden
Bandmessern auch umlaufende Bandsägenund Schneiddrähte (oder Drahtseile), Schleifbänder
und Schleifkörper, hin- und her gehende Bandmesser und Bandsägen,rechtwinklig zur
Vorschubrichtung hin- und hergeführte Kreismesser und Kreissägen oder Fräser in
Frage. Als thermisch wirkende Werkzeuge können u.a. auch elektrisch beheizte Drähte,
deren
Längsachsen rechtwinklig zur Vorschubrichtung in einer parallel
zur Vorschub ebene liegenden Ebene angeordnet sind,oder analoge Laserstrahlen Verwendung
finden. Bei Verwendung von elektrisch beheizten Drähten kann es unter Umständen
notwendig oder vorteilhaft sein, die dem Draht zugewandte Oberfläche der Schneidmaske
2 mit einer elektrisch isolierenden Schutzschicht in Form einer Oxydhaut oder Kunstharzlackierung
zu versehen. Dadurch vermeidet man unbeabsichtigte vagabundierende Ströme und Kurzschlüsse.
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Prinzipiell kann sich das Schneidwerkzeug 5 dicht an der Oberfläche
der Schneidmaske 2 befinden oder in einem Abstand von 0,5 bis 5 mm von der Oberfläche
entfernt angeordnet sein. Die jeweils geeignete Ausführung hängt von der Art des
Werkstoffes 1, der Ausführung des Schneidwerkzeuges 5,der Durchlaufgeschwindigkeit
des Werkstoffes 1 bzw. der Leistungsfähigkeit der Maschine und ihrer Grösse ab.
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Bezeichnungsliste 1 = Weicher, leichtverformbarer Werkstoff 2 = Umlaufende
Schneidmaske 3 = Ausschnitt in der Schneidmaske 4 = Transport- und Druckkörper 5
= Schneidwerkzeug 6 = Trommel 7 = Walze für Transport der Schneidmaske 8 = Walze
für Transport des Transport- und Druckkörpers (Druckband)