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Die
Erfindung betrifft einen Antriebsmechanismus, der einem elastischen
Element ermöglichen wird,
in der Richtung seiner Länge
ohne Verformung oder Biegen des elastischen Elements hin- und herbewegt
zu werden und eine Schneidmaschine mit einem besten und mit einem
zweiten derartigen Antriebsmechanismus. Die Erfindung ist insbesondere zum
Antreiben eines länglichen
elastischen Schneidelements anwendbar.
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Längliche
elastische Elemente mit darauf befindlichen Schneidausbildungen
sind gebräuchlich und
werden normalerweise in einem gespannten Zustand in einem starren
Rahmen gehalten, so daß sie zusammen
in der Ausdehnungsrichtung zum Zweck der Durchführung einer Schneidfunktion
hin- und herbewegt werden können.
Diese Konstruktion ist in vielen Situationen, wie z. B. in einer
herkömmlichen
Motormetallsäge
oder -bandsäge,
annehmbar, jedoch ist das Gewicht der sich bewegenden Komponente derart,
daß die
entwickelten Trägheitskräfte die
Betriebsgeschwindigkeit und somit die Schneidgeschwindigkeit stark
beschränken.
Auch gibt es andere Anwendungen von länglichen elastischen Schneidelementen,
bei denen es ungünstig
ist, die geeignete starre alte Struktur vorzusehen, um das Schneidelement
in dem gespannten Zustand zu halten.
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In
den bekannten Systemen schließt
der Antriebsmechanismus gewöhnlich
ein einfaches Kurbelantriebssystem ein, das nicht korrekt ausgewuchtet
werden kann, und somit ein ernstes Problem bei einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb
verursacht. Aus der
DE
24 15 594 A1 ist eine Schneidmaschine mit einem einzigen
derartigen System bekannt, das an einem Ende eines länglichen
elastischen Schneidelements angeordnet ist. Außerdem variiert, wenn ein einfaches
Kurbelgetriebe verwendet wird, um eine lineare Bewegung an ein Element
zu geben, die Geschwindigkeit der linearen Bewegung innerhalb jedes Hubes.
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Dies
schafft ein großes
Problem, wenn ein jeweiliger Kurbelantriebsmechanismus mit jedem Ende
eines starren Elements oder eines Elements gekoppelt ist, das während einer
Hin- und Herbewegung gespannt gehalten werden muß.
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Es
ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Antriebsmechanismus
zum Halten eines länglichen
elastischen Elements für
eine Hin- und Herbewegung zur Verfügung zu stellen, worin eine
Haltestruktur in der unmittelbaren Nachbarschaft des elastischen
Elements nicht erforderlich ist. Eine Konstruktion, die diese Aufgabe
erfüllt,
würde die
Verwendung von länglichen
elastischen Schneidelementen, die Schnitte ohne die sich normalerweise durch
die Struktur, die das elastische Schneidelement hält, ergebende
Störung
durchführen
können, erleichtern.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale des Aspruchs 1 gelöstm wobei
Weiterbildungen der Erdindung in dem vom Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen 2–14 angegeben
sind.
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Angesichts
dieser Aufgabe wird bereitgestellt ein Antriebsmechanismus, um ein
elastisches Schneidelement endlicher Länge in der Richtung seiner
Erstreckung hin- und herzubewegen, wobei der Mechanismus umfaßt: zwei
Antriebseinheiten, die in einer festen Entfernung zueinander befestigt
sind, wobei jede Antriebseinheit eine Motoreinrichtung einschließt, die
betriebsfähig
mit einem Antriebselement gekoppelt ist, um dasselbe hin- und herzubewegen, besagtes
elastisches Schneidelement sich zwischen besagten Antriebseinheiten
erstreckt und an jedem seiner Enden mit einem der jeweiligen Antriebselemente
gekoppelt ist, und jede Antriebseinheit eine Spanneinrichtung einschließt, die
gestaltet ist, um im Gebrauch kontinuierlich eine Kraft auf das
Antriebselement in einer Richtung auszuüben, so daß besagte zwei Antriebselemente
das elastische Schneidelement über
dessen gesamte Hin- und Herbewegung in Spannung halten.
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Vorzugsweise
schließt
jede Antriebseinheit einen Mechanismus ein, der betriebsfähig zwischen der
Motoreinrichtung und dem Antriebselement eingefügt ist, wodurch die Drehbewegung
des Motors in eine im wesentlichen reine geradlinige Hin- und Herbewegung
umgewandelt wird. Günstigerweise
wird diese Bewegungsumwandlung durch ein hypozykloidales Getriebe
erzielt, das eine reine Hin- und Herbewegung aus einer Drehbewegung
erzeugt. Dieser Mechanismus schließt nur eine reine Drehbewegung oder
lineare Bewegung ein und kann somit vollständig ausgewuchtet werden.
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Vorzugsweise
sind Einrichtungen vorgesehen, um das elastische Element um die
Längsachse desselben
zu drehen, wenn das elastische Element sich hin- und herbewegt.
Das Ausmaß der
Drehbewegung beträgt
vorzugsweise bis wenigstens 90° und
vorzugsweise 360° in
beiden Richtungen von einer mittigen Anordnung. Günstigerweise
kann sich das elastische Element in beiden Richtungen durch unbegrenzte
Drehungen drehen.
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Der
wie oben vorgeschlagene Antriebsmechanismus ist insbesondere beim
Antreiben eines linearen Schneidelements, das eine Schneidtätigkeit durchführt, wenn
es in der Richtung der Länge
desselben hin- und herbewegt wird, anwendbar. Von Schneidelementen
dieser Form wird gefordert, daß sie
in Längsrichtung
im Betrieb gespannt sind, und, falls erforderlich, sie in mehr als
einer Ebene in einem einzigen Betrieb schneiden und frei von einer
Schneidenhaltestruktur sein müssen,
die das Werkstück
in der Nachbarschaft des linearen Schneidelements verspannt.
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Die
vorliegende Erfindung ist insbesondere auf ein lineares Schneidelement
anwendbar, wie es gewöhnlich
beim Schneiden zweidimensionaler Gestalten aus Blockmaterialien,
wie z.B. geschäumte Materialien
einschließlich
elastische und starre, verwendet wird.
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Für diesen
Zweck ist der wie oben beschriebene Antriebsmechanismus mit zwei
Antriebseinheiten ausgestattet, die an jeweiligen parallelen ersten Rahmenelementen
befestigt sind, die sich an gegenüberliegenden Seiten eines Gebietes
befinden, worauf das zu schneidende Material gehalten wird; wobei
die Antriebseinheiten (18; 18) gestaltet sind,
um in Übereinstimmung
entlang der ersten Rahmenelemente bewegt zu werden, so daß ein elastisches Schneidelement,
das sich in Spannung zwischen den Antriebseinheiten erstreckt, Material
schneiden kann, das sich zwischen den Rahmenelementen befindet.
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Vorzugsweise
wird das zu schneidende Material gehalten, um in einer Richtung
senkrecht zu der Bewegung der Antriebseinheiten entlang der Rahmenelemente
beweglich zu sein. Dies ermöglicht, zweidimensionale
Gestalten aus dem Material durch das elastische Schneidelement zu
schneiden.
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Außerdem kann
ein zweiter Antriebsmechanismus, der ein zweites längliches
elastisches Schneidelement hält,
an dem Rahmen angeordnet werden, wobei das zweite Schneidelement
in einer Ebene unter einem rechten Winkel zu dem anderen Schneidelement
wirkt, wodurch ermöglicht
wird, daß das
Schneiden des Materials dreidimensionale Gestalten liefert.
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Die
Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung einer praktischen
Anordnung derselben, wie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt,
verständlicher
werden.
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In
den Zeichnungen ist 1 eine perspektivische schematische
Anordnung einer Schaumblockschneidemaschine, die einen Halte- und
Antriebsmechanismus für
ein elastisches Schneidelement, wie durch die vorliegende Erfindung
vorgeschlagen, einschließt.
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2 ist
eine Querschnittsansicht durch einen der Antriebsmechanismen, wie
sie in 1 zu sehen sind.
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3 ist
eine Querschnittsansicht durch eine modifizierte Befestigung der
Antriebseinheit.
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Bezugnehmend
auf 1 umfaßt
der Tisch 10 zwei koplanare Abschnitte 11. und 12 mit
einem engen Spalt dazwischen, wie bei 13 angezeigt. Der stationäre rechteckige
Rahmen 15 wird in einer festen Beziehung zu dem Tisch 10 gehalten
und weist zwei vertikal beabstandete, horizontale Bahnen 16 und
zwei horizontal beabstandete, vertikale Bahnen 17 auf.
Jede Bahn 16 und 17 hält eine jeweilige Antriebseinheit 18,
die hierin ausführlicher
beschrieben wird. Jeweilige längliche
elastische Schneidelemente 19 und 19a werden von
einem jeweiligen Paar von Antriebseinheiten 18, 18 gehalten,
die auf der jeweiligen parallelen Bahn 17 bzw. 16 gehalten
werden, um einen Halt und eine horizontale Hin- und Herbewegung
für das
eine Schneidelement 19 und einen Halt und eine vertikale
Hin- und Herbewegung für
das andere Schneidelement 19a zu liefern.
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Die
obige Struktur ist speziell zum Schneiden von Schaumblockmaterial
gestaltet, das auf dem Tisch 10 gehalten werden kann und
fortschreitend durch den Spalt 13, der durch den Rahmen 15 definiert
ist, eingetragen und einer Schneidtätigkeit der jeweiligen horizontalen
und vertikalen Schneidelemente 19, 19a ausgesetzt
werden kann. Jedes der Paare von Antriebseinheiten 18, 18,
die die jeweiligen horizontalen und vertikalen Schneidelemente 19 und 19a halten,
kann unabhängig
entlang der jeweiligen Bahnen 16 und 17 bewegt
werden, wenn der auf dem Tisch 10 gehaltene Schaumblock
durch den Rahmen 15 hindurchgeführt wird. Die Bewegung des Tisches 10 und
der jeweiligen Antriebseinheiten 18, 18 entlang
der jeweiligen Bahnen 16 und 17 steht unter einem
computergesteuerten Mechanismus, um den geforderten gestalteten
Schnitt in dem Schaummaterial herzustellen.
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Eine
praktische Anordnung der Konstruktion jeder Antriebseinheit 18 ist
in 2 gezeigt, die einen herkömmlichen elektrischen Motor 20 umfaßt, der
an einem Getriebegehäuse 21 befestigt
ist, mit dem eine Gaskammer 22 einteilig ausgebildet ist.
Jedes Getriebegehäuse 21 ist
geeignet, um auf einer jeweiligen Bahn 16 bzw. 17 befestigt
zu werden, die an dem Rahmenelement ausgebildet ist, so daß die Antriebseinheit 18 dort
entlang bewegt werden kann.
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Das
Getriebegehäuse 21 enthält ein Planetengetriebe
mit einem Übertrager 23,
der mit der Welle 24 des Motors 20 durch die Gummikupplung 38 gekoppelt
ist. Die Welle 24 wird in den axial beabstandeten Lagern 25 gehalten,
die jeweils in der Außenwand
und einer Hülse 26 des
Getriebegehäuses 21 befestigt
sind. Das innen mit Zähnen
versehene Rad 27 ist in der Hülse 26 koaxial zu
der gemeinsamen Achse der Welle 24 und des Übertragers 23 fest
befestigt. Der Übertrager 23 hält die Ritzelwelle 28 drehbar
in Lagern 29 und 30. Die Ritzelwelle 28 trägt das außen mit
Zähnen
versehene Ritzelrad 31, das mit dem innen mit Zähnen versehenen
stationären Rad 27 zusammenpaßt. Die
Anzahl von Zähnen
auf dem Ritzelrad 31 beträgt die Hälfte derjenigen des stationären inneren
Rades 27. Der Übertrager 23 bildet
zusammen mit dem stationären
Rad 27 und dem Ritzelrad 31 ein besonderes hypozykloidales
Getriebe, worin ein Kurbelzapfen 33, der an der Ritzelwelle 28 vorgesehen
ist, eine reine lineare Bewegung in einer Ebene beschreiben wird,
die durch die Achse des Kurbelzapfens 33 und des Übertragers 23 tritt.
Dieses Getriebe ist als das Murray-Hypozykloid bekannt. Der Übertrager 23 und
die Ritzelwelle 28 schließen Ausgleichgewichte 23a und 28a ein,
so daß sie
jeweils ausgewuchtet sind.
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Die
Ritzelwelle 28, auf der das Ritzelrad 31 befestigt
ist, trägt
auch einen Kurbelzapfen 33, der in bezug auf die Drehachse
der Ritzelwelle 28 exzentrisch ist. Auf dem Kurbelzapfen 33 ist
ein Verbindungsstab 34 spitzengelagert, der starr mit dem
Kolben 35 verbunden ist, der in dem Zylinder 36 gehalten
wird. Der Zylinder 36 ist starr mit dem Getriebegehäuse 21 und
in Verbindung mit der Gaskammer 22 über die Reihe von Öffnungen 37 in
der Wand des Zylinders 36 verbunden. Weil das oben beschriebene Getriebegehäuse 21 eine
hypozykloide Form aufweist, wird der Kurbelzapfen 33 sich
in einer einzigen Ebene hin- und herbewegen, die durch die Achse
des Übertragers 23 tritt,
und befinden sich die Achse des Zylinders 36 und des Kolbens 35 in
derselben Ebene, wodurch der Verbindungsstab 34 immer einer
reinen Hin- und Herbewegung ausgesetzt ist und koaxial zu dem Kolben 35 und
dem Zylinder 36 bleibt.
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Der
Antriebsstab 40 ist an dem Ende 41 mit dem Kolben 35 verbunden,
wobei das Drucklager 42 dazwischen eingefügt ist.
Der Antriebsstab 40 ist frei, um sich relativ zu dem Kolben 35 zu
drehen. Benachbart zu dem entgegengesetzten Ende des Zylinders 36 wird
der Antriebsstab 40 für
eine axiale Gleitbewegung in der Hülse 43 gehalten und
ragt nach außen von
dem Getriebegehäuse 21 vor,
um die Kupplung 44 zu halten. Die Hülse 43 wird wiederum
von Lagern 45 und 46 in dem Zylinder 36 drehbar
gehalten, wobei eine Abdichtung 47 zwischen der inneren
Oberfläche
des Zylinders 36 und der äußeren Oberfläche der
Hülse 43 eingefügt ist.
Es ist anzumerken, daß der
Antriebsstab 40 mit der Hülse 43 verbunden ist, so
daß er
frei axial relativ zu der Hülse 43 gleiten kann,
aber gegen eine Drehung relativ zu der Hülse 43 gehemmt ist.
Diese Beziehung kann dadurch erzielt werden, daß der Antriebsstab 40 einen
quadratischen Querschnitt aufweist und in einer Festsitzbeziehung
in einem quadratischen Durchgang durch die Hülse 43 gleitfähig ist.
An der Hülse 43 ist
eine Umlenkscheibe 48 gesichert, wodurch eine Drehung der
Umlenkscheibe 48 durch den Motor 39 eine entsprechende
Drehung des Antriebsstabes 40 und der Kupplung 44 bewirken
wird.
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Der
Motor 39 wird durch den mit Zähnen versehenen Antriebsgurt 61 mit
der Umlenkscheibe 48 gekoppelt, um einen Schlupf dazwischen
zu eliminieren. Die Antriebseinheiten 18, 18,
die mit den jeweiligen Enden des Schneidelements 19, 19a verbunden sind,
halten die jeweiligen Motoren 39 derselben synchron betreibbar,
so daß durch
eine Drehung der jeweiligen Umlenkscheiben 48 in Übereinstimmung
die Höhe
des Schneidelements 19 bzw. 19a verändert wird,
um für
die gewünschte
Richtung des Schnitts in dem Schaumblock geeignet zu sein.
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Die
Gaskammer 22 wird mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt, wenn
die Antriebseinheit 18 in Betrieb ist, wodurch eine Kraft
zur Verfügung
gestellt wird, die in die Richtung des Pfeils A in 2 wirkt,
die auf den Antriebsstab 40 durch den Kolben 35 ausgeübt wird.
Der Druck des Gases wird so gewählt,
daß, wenn
zwei Antriebseinheiten 18, 18 mit den jeweiligen
Enden eines elastischen Schneidelements 19, 19a gekoppelt
sind, wie im folgenden beschrieben, der Antriebsstab 40 immer
ungeachtet dessen, in welcher Richtung sich der Antriebsstab 40 in
dem Zylinder 36 bewegt, in Spannung ist.
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Wie
bisher Bezug genommen wurde, sind Antriebseinheiten 18, 18,
die wie in 2 gezeigt konstruiert sind,
in Paaren angeordnet, wobei eines auf jeder der zwei vertikalen
Bahnen 17, 17 und eines auf jeder der zwei horizontalen
Bahnen 16, 16, wie in 1 gezeigt
ist. Die Kupplungen 44 der Antriebseinheiten 18, 18 der
jeweiligen Paare sind miteinander an den Enden eines elastischen
Schneidelements 19 oder 19a verbunden, und der
Gasdruck, der auf die Kolben 35 der jeweiligen Antriebseinheiten 18, 18 wirkt,
wird wechselseitig entgegengesetzte Spannkräfte auf die jeweiligen Enden
des elastischen Schneidelements 19 ausüben, wodurch sie in einem gespannten
Zustand, der zum Durchführen
einer Schneidtätigkeit
geeignet ist, gehalten werden. Es ist anzumerken, daß, wenn
der Verbindungsstab 34 von der in 2 gezeigten
Position in Richtung nach rechts bewegt wird, der Kolben 35 und
der Antriebsstab 40 sich ähnlich in dem Zylinder 36 gegen den
Gasdruck in dem Zylinder 36 bewegen werden. Jedoch wird
zur gleichen Zeit in der Antriebseinheit 18, die mit dem
gegenüberliegenden
Ende des elastischen Schneidelements 19 gekoppelt ist,
der entsprechende Kolben 35 von dem entsprechenden Verbindungsstab 34 gezogen
und durch den Gasdruck in dem Zylinder 36 in dieselbe Richtung,
das heißt
in Richtung nach rechts, geschoben. Somit tritt ein Verbinden der
zwei involvierten Kräfte
ein. Demgemäß ist die
Gesamtkraft, die das elastische Schneidelement 19 nach
rechts zieht, größer und wird
sich das Schneidelement 19 nach rechts bewegen, während es
durch die Gegenkraft auf der linken Seite, die durch den Gasdruck
in dem Zylinder 36 auf der linken Seite erzeugt wird, die
Spannung gehalten wird.
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Es
ist somit ersichtlich, daß ungeachtet
dessen, in welche Richtung sich das elastische Schneidelement 19 bewegt,
die beiden Antriebsstäbe 40, 40 an
den jeweiligen Enden desselben in Spannung obwohl in verschiedenen
Ausmaßen,
sind, wobei die positive Nettospannung in der Richtung ist, in der sich
das Schneidelement 19 bewegt. Somit wird, ungeachtet der
Bewegungsrichtung des elastischen Schneidelements 19, es
immer gerade und straff als ein Ergebnis seines gespannten Zustands
bleiben, und somit wird das vergleichsweise leichtgewichtige elastische
Schneidelement 19 in derselben Weise wie ein Schneidelement
mit einer starren Konstruktion funktionieren.
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In 3 ist
in vereinfachter Form eine Antriebseinheit 56 der Konstruktion
gezeigt, die unter Bezugnahme auf 2 beschrieben
ist, die an einem Rahmen 52 befestigt ist, die im Gebrauch
auf einer der Bahnen 16 oder 17 befestigt ist,
um sich dort entlang linear zu bewegen. Der Rahmen 52 weist
zwei parallele Schienen 50 auf, eine auf beiden Seiten
der Antriebseinheit 56. Die Antriebseinheit 56 ist
mit jeder der Schienen 50 durch Führungshülsenelemente 51 verbunden,
die einteilig mit der Antriebseinheit 56 ausgebildet sind,
und jedes weist darin ein lineares Lager 53 auf, um die
Antriebseinheit 56 frei entlang der Schienen 50 gleiten
zu lassen.
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Verbunden
mit dem Rahmen 52 sind zwei Kolben 49, die in
einem Zylinder 57 gleitfähig aufgenommen werden, der
mit der Gaskammer 22 der Antriebseinheit 56 in
Verbindung steht und sich seitlich in diese erstreckt. Diese Kolben 49-
und Schiene 50-Anordnung erlaubt der Antriebseinheit 56,
eine begrenzte lineare Bewegung relativ zu dem Rahmen 52 in
der Richtung des Antriebsstabes 40 auszuüben.
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Eine
Anschlagschulter 54 ist an dem Ende des Rahmens 52 gegenüber den
Kolben 49 vorgesehen und so angeordnet, daß der Kolben 49 innerhalb des
Zylinders 57 bleibt, wenn die Antriebseinheit 56 gegen
die Anschlagschulter 54 stößt.
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Im
Gebrauch kann die Antriebseinheit 56, die auf den Führungsschienen 40 befestigt
ist, relativ zu dem Rahmen 52 und somit relativ zu der
besonderen Bahn 16 bzw. 17 auf dem Rahmen 15 bewegt
werden, um Variationen in der Länge
des Schneidelements 19 aufzunehmen, einschließlich Variationen, die
sich beim Einpassen eines Ersatzschneidelements oder Ausdehnen oder
Zusammenziehen des Schneidelements aufgrund von Temperaturänderungen
ergeben.
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Da
der obige Antriebsmechanismus für
das Schneidelement ermöglicht,
daß es
eine relativ dünne
elastische Natur aufweist, ist es möglich, die Orientierung des
Schneidelements zu dem Material, das geschnitten wird, zu ändern, so
daß nicht
gerade oder konturierte Schnitte durch Bewirken der notwendigen Änderung
in der Höhe
des elastischen Schneidelements durchgeführt werden können. Dies
kann durch Betrieb des Motors 39 erzielt werden, um die Umlenkscheiben 48,
Hülse 43 und
Antriebsstab 40 der jeweiligen Antriebseinheiten 18 in Übereinstimmung
zu drehen.
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Jeder
der Motoren 39 wird von einem Motorsteuergerät (Electronic
Control Unit (ECU)) gesteuert, das programmiert ist, um die Orientierung
der Schneidkante des Schneidelements entsprechend der zu schneidenden
Gestalt aus dem Material einzustellen, das zu dem Schneidelement
eingetragen wird.
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Wie
vorher Bezug genommen wurde, wird jede der Antriebseinheiten 18, 18 auf
einer jeweiligen Bahn 16 oder 17 für eine jeweilige
horizontale oder vertikale Bewegung gehalten. Die zwei Antriebseinheiten 18, 18 auf
den vertikalen Bahnen 17 bewegen sich dort entlang in Übereinstimmung
in beiden Richtungen mit dem Schneidelement 19, das dazwischen horizontal
und straff gehalten wird. Auf ähnliche
Weise bewegen sich die zwei Antriebseinheiten 18, 18 auf
den horizontalen Bahnen 16, 16 dort entlang in Übereinstimmung
in beiden Richtungen und halten das Schneidelement 19a vertikal
und straff dazwischen. Die jeweiligen Antriebseinheiten 18, 18,
die sich in Übereinstimmung
bewegen, können
unter der Steuerung eines jeweiligen synchronisierten Motors oder
durch einen einzelnen Motor, der mit jeder Antriebseinheit gekoppelt
ist, bewegt werden. Die Bewegung der Antriebseinheiten entlang der
jeweiligen Bahnen wird durch ein ECU gesteuert, das programmiert
werden kann, um das jeweilige Schneidelement in einer Weise zu bewegen,
um Produkte der gewünschten
Gestalt herzustellen.