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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stichsäge mit
einem Gehäuse und einem am Gehäuse überstehenden
Arbeitsteil.
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Ein Problem für die Bediener von Stichsägen und
ähnlichen Handwerkzeugen ist, daß die Krümmung des Blattes
oder Arbeitsteils nicht ohne weiteres festgestellt werden
kann und es dem Bediener daher schwerfällt, das Werkzeug
genau zu beherrschen, z.B. beim Schneiden von Geraden.
Dieses Problem ist typischerweise darauf zurückzuführen, daß
der Bediener das Werkzeug nicht richtig hält. Es tritt auch
dann häufig auf, wenn die Blattzähne infolge von
Fertigungsfehlern oder Verschleiß ungleichmäßig sind. Sägespäne
sammeln sich häufig auf einer Seite des Blattes an und
bewirken eine Verbiegung des Blattes gegenüber dem
Werkzeuggehäuse. Dieses kann zur Folge haben, daß der erzeugte
Schnitt nicht genau senkrecht zur Oberfläche des
bearbeiteten Materials verläuft, aber diesen Fehler erkennt
der Bediener in der Regel visuell nicht. Unregelmäßigkeiten
im bearbeiteten Material wie Knorren in Nutzholz können
ebenfalls eine Krümmung des Blattes bewirken.
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In der US-Patentschrift 3,566,731 ist eine Bandsäge mit
einem Stütz- und Antriebsmechanismus zum Abstützen der Säge
in im wesentlichen aufrechter Lage beschrieben. Es sind
neuartige Blatt-Kippteile zum Kippen eines Bereichs eines
endlosen Sägeblattes zwischen distanzierten Bereichen eines
Gehäuses mit einem Antriebsteil bzw. Abtriebsteil, so daß
die Bandsäge ein längliches Teil zwischen ihren Enden
schneidet, vorgesehen. Das Blatt schneidet im wesentlichen
quer zu der Längsachse des geschnittenen Teils, während die
Bandsäge unter einem erheblichen Winkel zur Längsachse des
geschnittenen Teils abgestützt ist, so daß ein relativ
großes Teil geschnitten werden kann. Zusätzlich sind
Motorantriebsmittel für das Blatt vorgesehen.
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In der japanischen Patentschrift 61-279422 (A) ist eine
Bandsäge mit einem Lastdetektor zum Messen der
Reaktionskraft, die durch eine Biegekraft des Bandsägenblattes
bewirkt wird, beschrieben. Der maximale Schnittbogen läßt
sich aus dem Meßwert mühelos berechnen. Der Schnittbogen ist
daher genau vorhersehbar und fehlerhafte Schnitte können
verhindert werden.
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Die vorliegende Erfindung gibt eine Stichsäge mit
Mitteln zum Feststellen der Krümmung des Arbeitsteils an.
Nach dem Ermitteln der Krümmung kann eine korrigierende
Maßnahme ergriffen werden, entweder durch den Bediener oder
automatisch.
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Es gibt zahlreiche Möglichkeiten zum Ermitteln der
Krümmung des Arbeitsteils. Bei einer Stichsäge
beispielsweise, in der das Arbeitsteil oszilliert, könnten
Abweichungen des Arbeitsteils von dem geradlinigen "Auf-Ab"-
Weg beispielsweise mit optischen Sensoren im Werkzeuggehäuse
ermittelt werden.
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Bei der bevorzugten Ausführungsart dieser Erfindung
wird die Krümmung des Blattes durch Messen einer aus der
Krümmung resultierenden Reaktionskraft ermittelt. Bei einer
Stichsäge mit oszillierendem Blatt ist beispielsweise das
Blatt typischerweise an einem in Lagern abgestützten Kolben
befestigt, und eine Krümmung des Blattes bezüglich des
Gehäuses verursacht Reaktionskräfte bei den Kolbenlagern,
von denen beliebige gemessen werden können.
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Eine Ausführungsart der Erfindung wird nun unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
jedoch nur beispielhaft. Es zeigen:
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Figur 1 ein auseinandergezogene perspektivische
Darstellung eines Vorderteils des Werkzeuggehäuses und der
Komponenten der Blattkrümmungs-Erfassungsmittel;
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Figur 2 einen vertikalen Schnitt durch das Werkzeug
von hinten gesehen (die Komponenten in der Figur 2 sind,
verglichen mit der Figur 1, verkehrt);
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Figur 3 einen horizontalen Schnitt längs der Linie
III-III von Figur 2;
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Figur 4 einen horizontalen Schnitt längs der Linie
IV-IV von Figur 2;
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Figur 5 einen Aufriß des Antriebshebels durch den das
Blatt des Werkzeugs oszillierend bewegt wird und
Figur 6 einen Schnitt durch den Antriebshebel längs
der Linie A-A von Figur 5.
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Die dargestellte Ausführungsart der Erfindung ist
eine Stichsäge mit oszillierendem Blatt, umfassend ein
Gehäuse 10, in dem ein Motor (nicht gezeigt) untergebracht
ist, sowie mechanische Mittel zum Bewegen eines Blattes 11
auf und ab im Gehäuse. Der Mechanismus zum oszillierenden
Bewegen des Blattes ist konventioneller Art und wird hier
nicht beschrieben.
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Das Vorderteil des in Figur 1 gezeigten Gehäuses ist
abnehmbar und nimmt die Komponenten der nachstehend
beschriebenen Blattkrümmungs-Erfassungsmittel auf.
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Das Blatt 11 ist an einem Kolben 12 befestigt, der im
Gehäuse für oszillierende Bewegung geführt wird. Der Kolben
12 ist in Lagern 13 - dem unteren Kolbenlager 13 und dem
oberen Kolbenlager 14 - abgestützt. Das Blatt ist am unteren
Ende durch eine Stützrolle 15 geführt. Antrieb des Kolbens
erfolgt durch einen Antriebshebel 16, der, wie in Figur 5
gezeigt, mit dem Motor verbunden ist.
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Die dargestellte Stichsäge besitzt Mittel zum
Erfassen der Krümmung des Blattes nach links oder rechts,
wie in Figur 2 dargestellt. Die Krümmungsstärke des Blattes
kann von den resultierenden Reaktionskräften im Werkzeug
abgeleitet werden, z.B. bei den Kolbenlagern 13 oder an der
Stützrolle 15.
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Bei der hier beschriebenen Ausführungsart der
Erfindung wird die Blattkrümmung von der resultierenden
Reaktionskraft am unteren Kolbenlager abgeleitet. Damit
dieses erreicht werden kann, ist wichtig, daß das Spiel in
der Stützrolle klein ist. Der Grund dafür ist: Eine erste
Auslenkung des Blattes nach links, wie in Figur 1
dargestellt, bewirkt am unteren Kolbenlager eine
Reaktionskraft nach rechts. Ist das Blatt einmal so stark ausgelenkt,
daß es die Stützrolle berührt, entsteht an der Stützrolle
eine Reaktionskraft nach rechts, und die Reaktionskraft am
unteren Kolbenlager ist nach links gerichtet, d.h. ändert
die Richtung. Das Spiel in der Stützrolle sollte so klein
sein, daß dieser Richtungswechsel erfolgt, ehe eine
erhebliche Auslenkung des Blattes (d.h. eine Auslenkung, die
dem Bediener angezeigt werden sollte) erfolgt ist.
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Bei der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung ist
das Spiel zwischen dem unteren Lager 13 und dem Kolben 12 so
bemessen, daß Seitenkräfte die Dehnungsmeßplatte nur
beeinflussen, wenn das Blatt zwischen der Stützrolle und dem
Lager tatsächlich gekrümmt ist.
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Bei einem Werkzeug mit oszillierendem Blatt möchte
man sicherstellen, daß die das Blatt in oszillierende
Bewegung versetzenden Antriebskräfte ohne Einfluß auf die
Messung bleiben. Bei dem gezeigten Werkzeug wird die
Drehbewegung eines Antriebshebels 16 in einer Ebene parallel
zu dem Schnitt von Figur 2 mit konventionellen, nicht
gezeigten Mitteln in eine oszillierende Bewegung des Blattes
umgesetzt. Es ist ersichtlich, daß dieser
Antriebsmechanismus Kräfte auf Komponenten wie die Kolbenlager und
die Stützrolle in seitlichen Richtungen nach Darstellung in
Figur 2 ausüben kann, d.h. in der gleichen Richtung wie die
zu messenden Reaktionskräfte.
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Der Einfluß der Antriebskräfte kann durch
mechanisches Isolieren des Kolbens, so daß alle auf das
Kolbenlager wirkenden Kräfte alleine durch die Blattkrümmung
bedingt sind, ausgeschaltet werden. Alternativ kann die
Messung der Reaktionskraft nur in der oberen Totpunktlage
(OT-Lage) oder unteren Totpunktlage (UT-Lage) des Kolbens
erfolgen, also in einer Lage, in der es keine Seitenkräfte
vom Antriebsmechanismus, die den Meßwert beeinflussen
würden, gibt. Das letztere Verfahren wird bei der hier
beschriebenen Ausführungsart der Erfindung benutzt.
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Vorzugsweise wird die Krümmung des Blattes 11 in der
OT-Lage des Kolbens, in der die Spiele der Stützrolle
weniger bedeutsam sind als in der UT-Lage, gemessen.
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Zum Messen der Kraft auf das untere Kolbenlager wird
ein Dehnungsmeßplatte 20 benutzt. Dieser Dehnungsmesser kann
konventionell ausgeführt sein, z.B. als eine problemlos
beschaffbare Stahlsubstrat-Dehnungsmeßplatte. Die
Dehnungsmeßplatte 20 ist am unteren Kolbenlager über ein
Buchse-/Hebel-Formteil 17, in dem das Lager 13 sitzt,
befestigt. Ein gewisses Radialspiel zwischen dem Lager 13
und dem Werkzeuggehäuse ist erforderlich, z.B. 0,25 mm bei
der gezeigten Anordnung, um sicherzustellen, daß Kräfte auf
das Kolbenlager frei auf das Buchse-/Hebel-Formteil und
somit die Dehnungsmeßplatte übertragen werden, andererseits
aber eine Übertragung zu hoher Kräfte auf die
Dehnungsmeßplatte nicht erfolgen kann.
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Ein Ende der Dehnungsmeßplatte ist am Buchse-/Hebel-
Formteil 17 befestigt, das andere Ende an dem LED-Formteil
27 und somit dem Gehäuse, wodurch Kräfte auf das Kolbenlager
13 zu einer Dehnung der Dehnungsmeßplatte 20 führen. Signale
von Meßelementen auf der Dehnungsmeßplatte werden über
Leitungen 21 einer Schaltung auf einer gedruckten
Leiterplatte 22 eingespeist. Auslenkungen des Blattes werden
dem Bediener über geeignete Leuchtdioden (LED's) 23
angezeigt, die über eine Öffnung 18 im Gehäuse 10 sichtbar
sind. Die elektronische Schaltung kann konventioneller Art
sein und wird hier nicht im Detail beschrieben. Ein Hall-
Halteschalter 24 ist zum Ein- und Ausschalten der Schaltung
vorgesehen. Der Hall-Schalter wird durch Magnete 26a und 26b
mit entgegengesetzter Polarität im Antriebshebel 16, wie in
Figur 5 gezeigt, betätigt. Im Betrieb passiert der erste
Magnet den Hall-Schalter, wenn sich der Kolben der OT-Lage
nähert zum Einschalten der Meßschaltung, und der zweite
Magnet passiert den Hall-Schalter, wenn der Kolben wieder
abwärts zu verfahren beginnt, zum Ausschalten der Schaltung.
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Der Hall-Schalter 24, die gedruckte Leiterplatte
(PCB) 22, die Dehnungsmeßplatte 20 und die Stütze 27 für die
LED's können an einem Joch 25 installiert sein, das in dem
vorderen abnehmbaren Teil des Gehäuses 10 zur Erleichterung
der Montage sitzt.
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Die Dehnung der Dehnungsmeßplatte könnte theoretisch
ununterbrochen ohne "Sampling" (Abtastung) gemessen werden.
Die gewonnenen Meßwerte wären weniger empfindlich und würden
stärker durch die Antriebskräfte und die Vorschubkraft vom
Bediener beeinflußt.
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Lagerauslenkungen (und somit Dehnungen in der
Dehnungsmeßplatte) werden vorzugsweise durch Wahren eines
Spiels von ca. 0,25 mm zwischen dem Lager 13 und dem Gehäuse
10 begrenzt.
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Im Betrieb der dargestellten Stichsäge wird im
Gehäuse - insbesondere im Bereich des Kolbens - eine hohe
Temperatur erreicht. Es ist ersichtlich, daß eine
Temperaturdifferenz zwischen den Enden der Dehnungsmeßplatte
20 den Dehnungsmeßwert beeinträchtigen kann. Um
sicherzustellen, daß es dazu nicht kommt, ist ein
thermischer Shunt in Form eines Kupferstreifens 30 parallel
zur Dehnungsmeßplatte 20 vorgesehen. Kupfer wird wegen
seiner weit höheren Wärmeleitfähigkeit als Stahl gewählt,
weist aber verglichen mit Stahl nur eine sehr geringe
Steifigkeit auf. Der Werkstoff kann daher zum
Temperaturausgleich zwischen den Enden der Dehnungsmeßplatte
mit vernachlässigbarem Einfluß auf die erzielte Dehnung
benutzt werden.
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Die Schaltung auf der gedruckten Leiterplatte (PCB)
beinhaltet vorzugsweise ein Potentiometer zum Kalibrieren,
um sicherzustellen, daß die LED's die Auslenkung null
anzeigen, wenn das Blatt nicht gekrümmt ist. Das
Potentiometer kann im LED-Formteil neben den LED's
angeordnet werden, so daß es von außen her zur Justierung
zugänglich ist ohne das Gehäuse 10 zerlegen zu müssen. Die
Schaltung sollte vorzugsweise auch Mittel zum Kompensieren
für Temperaturabweichungen im Gehäuse enthalten.
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Die LED-Anzeige kann einfach in einer Reihe von
Punktleuchten bestehen, eventuell in verschiedenen Farben,
die so eingerichtet sind, daß die mittlere Leuchte leuchtet,
wenn das Blatt gerade ist und die Leuchten links von der
Mitte leuchten, wenn das Blatt nach links krümmt, während
die Leuchten rechts von der Mitte wiederum dann leuchten,
wenn das Blatt nach rechts krümmt. An der Stichsäge wird
vorzugsweise ein Schild angebracht, das es dem Bediener
ermöglicht aus den Lichtsignalen abzuleiten, wie Druck auf
das Werkzeug ausgeübt werden muß, um das Blatt gerade zu
stellen. Wenn also das Blatt nach rechts krümmt, muß der
Bediener Druck nach rechts ausüben, um das Blatt gerade zu
stellen.
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Es ist ersichtlich, daß die oben beschriebenen
Blattkrümmungs-Erfassungsmittel empfindlich sind gegen den
Gebrauch von Blättern, die schon von Anfang an gekrümmt sind
(bleibende Verbiegung) wie auch gegen Abweichungen des
Blattes von seiner erwünschten "geraden" Lage im Gebrauch.
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Statt den Bediener die erfaßte Blattkrümmung
kompensieren zu lassen, besteht die Möglichkeit den Einfluß
der Blattkrümmung durch Drehen des Kolbens 12 zu
korrigieren. Eine erfindungsgemäße Stichsäge kann somit
zusätzlich über Mittel zum Korrigieren des Einflusses der
Blattkrümmung verfügen, z.B. einen Zusatzmotor, der den
Kolben auf Blattkrümmung anzeigende Signale hin dreht.
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Eine konventionelle Stichsäge kann ohne weiteres mit
Mitteln zum Messen der Blattkrümmung der oben beschriebenen
Art mit nur geringfügigen Änderungen ausgestattet werden.
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Eine erfindungsgemäß gebaute Stichsäge hat mehrere
Vorteile, darunter:
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Dadurch, daß der Bediener Informationen über die
Blattkrümmung erhält, kann er genauer schneiden und dieses
gilt insbesondere für gerade Schnitte.
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Eine erfindungsgemäße Stichsäge hat sich insbesondere
beim Schneiden langer Kurven als nützlich erwiesen, weil
dadurch teuere Fehler beispielsweise auf Hobby-
Arbeitstischen vermieden werden können.
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Erfahrene Bediener schneiden langsam und mit
schwachem Druck, um einen geraden Schnitt zu erzielen. Mit
einer erfindungsgemäßen Stichsäge kann weit schneller, ohne
Zweifel zu hegen, geschnitten werden.
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Je dicker das benutzte Blatt ist, desto besser ist
die Empfindlichkeit des Systems. Eine erfindungsgemäße
Stichsäge könnte daher mit einem Spezialblatt für genaues
Arbeiten ausgerüstet werden, das dicker wäre und eventuell
seitliche Schneidzähne besässe, um dem Blatt freieres
Schneiden zu ermöglichen.