EP2177662B1

EP2177662B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden von Strick- oder Webwaren sowie von entsprechenden Verbundmaterialien

Info

Publication number: EP2177662B1
Application number: EP08018159A
Authority: EP
Inventors: Hannes Auer
Original assignee: 3CON Anlagenbau GmbH
Current assignee: 3CON Anlagenbau GmbH
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2028-10-16
Also published as: DE502008002238D1; EP2177662A1; ATE494418T1; PL2177662T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schneiden von Strick- oder Webwaren sowie von Strick-oder Webwaren aufweisenden Verbundmaterialien, insbesondere von Bezugsmaterialien eines Interieurteiles für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und 6.
Es ist bekannt, Rundstrickwaren mit Schaumrücken oder Rundstrickwaren mit Sperrvliesen, wie sie insbesondere für Dekore verwendet werden, die auf Automobilinnenverkleidungsteile wie zum Beispiel Säulen und andere Auskleidungsteile aufgebracht werden, mittels mechanischer Schneidwerkzeuge, heißen Stahlmessern oder eines hochenergetischen Laserstrahls zu schneiden.
Die für die Schneidverfahren dieser Art benötigten Vorrichtungen sind jedoch sehr teuer in der Anschaffung, im Betrieb und in der Wartung.
Die oft unflexiblen Verfahren mittels Schneidwerkzeugen wie Klingen, Scheren, Abtrennkanten usw. verursachen hohe Wartungskosten und erfordern aufwendige Steuerungs- und Betätigungsmechanismen, die einem beträchtlichen Verschleiß unterworfen sind. Bei Schneidverfahren mittels heißen Messern, bei denen ein entsprechend erwärmtes Stahlmesser in Berührung mit der zu schneidenden Ware gebracht wird, so dass in dessen Berührungszone eine Schmelzung bewirkt wird, bildet das in dauernden Kontakt mit der zu schneidenden Ware stehende heiße Messer im Laufe der Zeit eine Schmelzmasse an der Schneidklinge. Somit nimmt die Schärfe der Klinge rapide ab. Dies hat zur Folge, dass häufige Reinigungs- und Wartungsarbeiten notwendig sind.
Schneideverfahren mittels Laserstrahls sind teuer in der Anschaffung und im Betrieb und erfordern häufig eine aufwendige Vorrichtung zum Schneiden. Ein negativer Nebeneffekt ist weiterhin, dass bei den dort erzeugten hohen Temperaturen giftige Dämpfe entstehen, die abgesaugt werden müssen.
Aus der DE 2 342 700 A1 ist ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung bekannt, bei dem bzw. der ein unter Druck gesetzter Gasstrom auf eine erhöhte Temperatur erhitzt wird, die zur Erweichung des thermoplastischen Anteils einer Stoffbahn ausreicht. Das erhitzte Gas wird mit einer Geschwindigkeit auf den erweichten Bereich der Stoffbahn geleitet, die zur Trennung der Stoffbahn im erweichten Bereich ausreicht. Die beschriebenen Gasströmungsgeschwindigkeiten betragen zwischen 28 und 65 m/s.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Schneiden von Strick- oder Webwaren sowie von Strick- oder Webwaren aufweisenden Verbundmaterialien zu schaffen, das möglichst einfach, schnell, sauber, umweltfreundlich und mit geringen Wartungs-, Betriebs- und Anschaffungskosten durchzuführen ist. Weiterhin soll eine einfache und kostengünstige Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausfüh-rungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zum Schneiden der Strick- oder Webwaren sowie von Strick- oder Webwaren aufweisenden Verbundmaterialien ein auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigter heißer Luftstrahl verwendet.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die zu schneidende Ware punktgenau durch einen heißen Luftstrahl getrennt, der auf Grund seiner Überschallgeschwindigkeit (v>343m/s)eine hohe kinetische Energie besitzt. Diese hohe kinetische Energie führt dazu, dass bereits eine wesentlich niedrigere Luftstrahltemperatur zum Schneiden der Waren im Vergleich zu Verfahren ausreicht, bei denen die Geschwindigkeit des Luftstrahls unterhalb der Schallgrenze liegt. Auf diese Weise können auch Waren mit Schmelzpunkten > 1000°Celsius, wie zum Beispiel glasfaser- oder karbonfaserhaltige Vliese, mit Luftstrahltemperaturen geschnitten werden, die unterhalb von 1000°C liegen. Dadurch entstehen beim Schneiden kaum giftige Dämpfe oder giftige Verbindungen. Weiterhin können sehr saubere Schnittlinien geschaffen werden. Die Schnittgeschwindigkeiten betragen bis zu 500 mm/s. Ein besonderer Vorteil ist weiterhin, dass das erfindungsgemäße Verfahren günstig in der Anschaffung und im Betrieb und einfach in der Anwendung ist. Weiterhin sind keine teuren und komplizierten Vorrichtungen notwendig. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Vielzahl unterschiedlichster Strick- und Webwaren aus thermoplastischen oder duroplastischen Materialien sowie deren Verbund mit Vliesen, Glasfasermatten etc. geschnitten werden, auch solche, deren Schmelzpunkte über 1000°C liegen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein gebündelter Überschallluftstrahl mit einer Temperatur von mindestens 400°C, vorzugsweise von mindestens 600°C und besonders vorzugsweise von mindestens 800°C verwendet. Zweckmäßigerweise wird dabei der Überschallluftstrahl derart gebündelt, dass er noch mindestens 10 mm nach dem Düsenaustritt punktförmig auf das zu schneidende Material auftrifft.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Luftstrahl innerhalb einer Heißluftpatrone um mindestens 780°C erwärmt, wobei die durch diese Erwärmung verursachte Ausdehnung der Luft zur Beschleunigung des Luftstrahls verwendet wird. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Erwärmung besonders vorteilhaft ist, um den Luftstrom auf Grund der dadurch verursachten thermischen Expansion der Luft auf die gewünschte Überschallgeschwindigkeit zu beschleunigen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird der heiße Überschallluftstrahl zum Schneiden von gestrickten oder gewebten Bezugsstoffen für Automobilinnenverkleidungsteilen verwendet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird der heiße Überschallluftstrahl zum Schneiden von Verbundmaterialien verwendet, die zusätzlich zu den Strick- oder Webwaren auch Glasfasernmatten, glas- oder karbonfaserhaltige Vliese oder Schaumstoffe umfassen. Besonders vorteilhaft lässt sich das Verfahren zum Schneiden von überstehenden Rändern kaschierter Strick- oder Webwaren, glasfaserhaltiger Webwaren oder deren Verbund verwenden.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Bei dieser Vorrichtung ist die Schneiddüse als Überschallglattstrahldüse mit einem Luftkanal ausgebildet, dessen Länge das 30-50fache, insbesondere 40fache seines Bohrungsdurchmessers beträgt.
"Überschallglattstrahldüse" bedeutet, dass einerseits die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms in der Düse höher als die Schallgeschwindigkeit ist und dass andererseits, obwohl innerhalb der Düse eine turbulente Strömung vorliegen kann, der Fluidstrom nach seinem Austritt aus der Düse bis zum Auftreffpunkt auf der zu schneidenden Ware in stark gebündelter Form vorliegt. Das erfindungsgemäße Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser des Luftkanals ermöglicht auf einfache Weise diese Bündelung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen der Heizpatrone und der Schneiddüse eine Vorkammer angeordnet, aus welcher der Druckluftkanal mit erwärmter Druckluft gespeist wird. Eine derartige Vorkammer verhindert auf einfache Weise einen Wärmestau der erwärmten Luft direkt hinter der Heizpatrone und ermöglicht ein starkes Expandieren der Luft, bevor sie in die Überschallglattstrahldüse einströmt, wodurch die Geschwindigkeit der Luft bedeutend gesteigert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die in Figur 1 gezeigte Heißluftschneidevorrichtung weist ein längliches, rohrförmiges Gehäuse 5 auf, das mittels eines Flansches 20 und Schrauben 21 an eine Halterung 4 luftdicht angeflanscht ist. Die Abdichtung wird über eine Hochtemperaturdichtung 14 geschaffen. Die Halterung 4 dient zur Befestigung der Vorrichtung an einer nicht dargestellten Führungs- und Haltevorrichtung, beispielsweise an einem Roboter.
Innerhalb des Gehäuses 5 ist eine keramische, rohrförmige Heizpatrone 6 angeordnet. Zwischen der Heizpatrone 6 und dem Gehäuse 5 befindet sich eine temperaturbeständige Wärmefolie 7, die bei der Erwärmung die unterschiedlichen Ausdehnungen der keramischen Heizpatrone 6 und des Gehäuses 5 kompensiert, so dass die Heizpatrone 6 in Radialrichtung stets einen festen Sitz hat.
Die Halterung 4 weist quer zu seiner Längserstreckung einen durchgehenden, im Durchmesser gestuften Hohlraum 22 auf, in den das Gehäuse 5 der Heizpatrone 6 von unten her hineinragt. Auf der gegenüberliegenden Seite der Halterung 4 ist der Hohlraum 22 durch einen Verschlussdeckel 3 verschlossen und mittels einer Flachdichtung 10 luftdicht abgedichtet. Am Verschlussdeckel 3 stützt sich eine Feder 11 in der Form einer Druck-Spiralfeder ab, welche mit ihrem anderen Ende an einem Druckstück 12 anliegt und dieses nach unten vorspannt. Das Druckstück 12 erstreckt sich in den oberen Endbereich des Gehäuses 5 hinein und drückt mit seinem gegenüberliegenden Ende auf die Heizpatrone 6, wodurch diese in axialer Richtung innerhalb des Gehäuses 5 festgelegt ist.
Die druckfeste keramische Heizpatrone 6 weist mehrere durchgehende Längskanäle 23 zum Hindurchleiten von Druckluft auf, wobei in den einzelnen Längskanälen 23 eine Heizeinrichtung in der Form von sich über die gesamte Länge der Längskanäle 23 erstreckenden, elektrisch erwärmbaren, druckfesten Heizwendeln 19 zum Erwärmen der hindurchgeleiteten Druckluft angeordnet ist. Die Längskanäle 23 stehen über nicht dargestellte Kanäle im Druckstück 12 sowie über den Hohlraum 22 und einen weiteren, nicht dargestellten, im Verschlussdeckel 3 vorgesehenen Durchlass mit einem Druckluftanschluss 2 in Strömungsverbindung. Über den Druckluftanschluss 2, der auf dem Verschlussdeckel 3 angeordnet ist, kann somit Druckluft, die vorzugsweise einen Druck von 5-10 bar, insbesondere 6-8 bar, aufweist, durch die Längskanäle 23 hindurchgeleitet und dort auf eine bestimmte Temperatur, beispielsweise 500°-1000°C, insbesondere 750°-850°C, erwärmt werden. Die Temperaturen hängen jedoch stark von dem zu schneidenden Material ab und können in weitem Umfang variieren, wobei sie auch außerhalb der vorstehend genannten Temperaturbereiche liegen können.
Die Anzahl der Längskanäle 23 kann ebenfalls in weitem Umfang variieren. Zweckmäßigerweise weist die Heizpatrone 6 4-12, insbesondere 6-10 Längskanäle 23 auf, die regelmäßig über den Umfang der Heizpatrone 6 verteilt angeordnet sind.
Innerhalb der Heizpatrone 6 befindet sich weiterhin ein konzentrisch angeordneter Längskanal 24, in dem sich ein Temperatursensor 8 in der Form eines Mantelthermoelementfühlers angeordnet ist. Dieser Mantelthermoelementfühler erstreckt sich durch die gesamte Länge der Heizpatrone 6 hindurch und ist an seinem oberen Ende mit einer elektrischen Leitung 13 verbunden, die elektrisch mit einem Elektroanschluss 1 gekoppelt ist. Der Elektroanschluss 1 befindet sich auf dem Verschlussdeckel 3.
Der Temperatursensor 8 dient zur Messung der Temperatur der erwärmten Druckluft und ragt zu diesem Zweck nach unten über die Heizpatrone 6 hinaus in eine Vorkammer 16 hinein, die sich in einem unteren Endbereich des Gehäuses 5 befindet. In diese Vorkammer 16 münden sämtliche Längskanäle 23. Die Vorkammer 16 hat vor allem den Zweck, einen Wärmestau direkt hinter der Heizpatrone 6 zu verhindern und die erwärmte Luft aus sämtlichen Längskanälen 23 zusammen zu führen. Weiterhin ergibt sich durch die Vorkammer 16, dass eine am unteren Ende des Gehäuses 5 angeordnete Schneiddüse 9 einen gewissen Abstand zu den Heizwendeln 19 hat, so dass eine Überhitzung der Schneiddüse 9 vermieden werden kann.
Die Schneiddüse 9 ist in das untere Ende des Gehäuses 5 eingeschraubt und begrenzt die Vorkammer 16 nach unten. Ein mittiger Druckluftkanal 25 mit konstantem Bohrungsdurchmesser erstreckt sich über den wesentlichen Teil der Länge der Schneiddüse 9, wobei der Druckluftkanal 25 über einen am oberen Ende der Schneiddüse 9 angeordneten, sich trichterförmig verjüngenden Einführabschnitt 26 mit der erwärmten Druckluft aus der Vorkammer 16 gespeist wird. Der Winkel ∝ zwischen der Wand des trichterförmigen Einführabschnitts 26 und der Längsmittelachse des Gehäuses 5 beträgt zweckmäßigerweise zwischen 18 und 30 Grad, insbesondere zwischen 20 und 25 Grad. Die Länge des Druckluftkanals 25 beträgt das 30-50fache, insbesondere das 35-45fache, besonders vorzugsweise etwa das 40fache, seines Bohrungsdurchmessers. Durch eine derartige Dimensionierung und Anordnung kann erreicht werden, das der aus dem Düsenende austretende Luftstrahl 17 bis zum Auftreffpunkt auf die zu schneidende Ware 18 in stark gebündelter Form vorliegt, so dass der Luftstrahl 17 punktförmig auf die Ware 18 auftrifft. Der Abstand der Ware 18 zur Schneiddüse 9 beträgt dabei zweckmäßigerweise 5-30 mm, insbesondere etwa 10 mm.
Bei dem Elektroanschluss 1 handelt es sich um einen kombinierten Anschluss, an dem nicht nur der Temperatursensor 8 angeschlossen ist, sondern der über eine elektrische Leitung 15 auch die Heizwendeln 19 mit elektrischer Energie versorgt.
Die Lufterhitzung wird mittels des Temperatursensors 8 überwacht und mit einem PID Regelverfahren auf einer stabilen Temperatur gehalten. Somit ergeben sich absolut konstante Schnittverläufe. Weiterhin ergeben sich dadurch keine Abhängigkeiten von Umgebungstemperaturschwankungen und Temperaturschwankungen in der Drucklufteinspeisung. Die Temperaturregelung erfolgt über einen nicht dargestellten PID Regler.
Die dargestellte Heißluftschneidevorrichtung funktioniert wie folgt. Die Heißluftschneidevorrichtung wird senkrecht oder leicht geneigt mit einem Abstand von beispielsweise 8-10 mm über die zu schneidende Strick- oder Webware sowie deren Verbund mit Vliesen, Glasfasermatten etc. geführt, wobei Pressluft mit beispielsweise 6 bar durch den Druckluftanschluss 2 eingeleitet und in der keramischen Heizpatrone 6 auf beispielsweise 800°C erwärmt wird. Auf Grund der Erwärmung um etwa 780°C expandiert die erwärmte Luft stark (etwa um das 290fache), wodurch - verbunden mit dem dünnen Bohrungsdurchmesser der Schneiddüse 25 - die Luft auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird. Bevor die Luft aus der Vorkammer 16 in den Druckluftkanal 25 eintritt, bewirkt der trichterförmige Einführabschnitt 26 eine zunehmende Verdichtung der Luft. Bevor die heiße Luft, die bereits Überschallgeschwindigkeit hat, aus der Schneiddüse 9 austritt, wird die heiße Luft auf Grund des speziell geformten Düsenauslaufs mit einer Länge, die zweckmäßigerweise einer Länge des 40fachen des Bohrungsdurchmessers entspricht, zu einem Luftstrahl 17 gebündelt, obwohl innerhalb der Schneiddüse 9 eine hochturbulente Strömung (mit Reynoldszahlen von > 20000) vorliegen kann. Diese Bündelung des Luftstrahls hält bis zur Auftreffstelle auf die Ware 18 an.
Auf Grund der hohen kinetischen Energie (die sich aus Masse mal Beschleunigung zusammensetzt) des austretenden Luftstrahls 17 können damit Strick- und Webwaren aus thermoplastischen und duroplastischen Materialien sowie deren Verbund mit Vliesen, Glasfaser- oder Kohlefasermatten, auch mit Schmelzpunkten über 1000°C, getrennt werden. Auf Grund der hohen kinetischen Energie kann die Temperatur des Luftstrahls 17 bedeutend unterhalb der Schmelztemperatur der zu schneidenden Ware gehalten werden.

Claims

Verfahren zum Schneiden von Strick- oder Webwaren sowie von Strick- oder Webwaren aufweisenden Verbundmaterialien, dadurch gekennzeichnet, das zum Schneiden ein auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigter heißer Luftstrahl (17) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein gebündelter Überschallluftstrahl mit einer Temperatur von mindestens 400°C verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrahl (17) innerhalb einer Heißluftpatrone (6) um mindestens 780°C erwärmt und die durch diese Erwärmung verursachte Ausdehnung der Luft zur Beschleunigung des Luftstrahls (17) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der heiße Überschallluftstrahl zum Schneiden von gestrickten oder gewebten Bezugsstoffen für Automobilinnenverkleidungsteile verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der heiße Überschallluftstrahl zum Schneiden von Verbundmaterialien verwendet wird, die zusätzlich zu den Strick- oder Webwaren zusätzliche Materialien in der Form von Glasfasermatten, glasfaser- oder karbonfaserhaltige Vliese oder Schaum - stoffe umfassen.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Gehäuse (5), einem Druckluftanschluss (2) zum Einleiten von Druckluft in das Gehäuse (5), einer im Gehäuse (5) angeordneten Heizpatrone (6), die mindestens einen von der Druckluft durchströmten Längskanal (23) aufweist, in dem eine Heizeinrichtung zur Erwärmung der Druckluft vorgesehen ist, und mit einer Schneiddüse (9), die mit dem Längskanal (23) in Strömungsverbindung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneiddüse (9) aus einer Überschallglattstrahldüse mit einem Druckluftkanal (25) ausgebildet ist, dessen Länge mindestens das 30-50fache seines Bohrungsdurchmessers beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Heizpatrone (6) und der Schneiddüse (9) eine Vorkammer (16) angeordnet ist, aus welcher der Druckluftkanal (25) mit erwärmter Druckluft gespeist wird.