EP2250004A1 - Schneidverfahren zum vermindern eines schnittschlags - Google Patents

Schneidverfahren zum vermindern eines schnittschlags

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Publication number
EP2250004A1
EP2250004A1 EP09714241A EP09714241A EP2250004A1 EP 2250004 A1 EP2250004 A1 EP 2250004A1 EP 09714241 A EP09714241 A EP 09714241A EP 09714241 A EP09714241 A EP 09714241A EP 2250004 A1 EP2250004 A1 EP 2250004A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cutting
damping device
linear motor
impact damping
tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09714241A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd-Arno Behrens
Olaf Marthiens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leibniz Universitaet Hannover
Original Assignee
Leibniz Universitaet Hannover
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Filing date
Publication date
Application filed by Leibniz Universitaet Hannover filed Critical Leibniz Universitaet Hannover
Publication of EP2250004A1 publication Critical patent/EP2250004A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D5/00—Arrangements for operating and controlling machines or devices for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D5/08—Means for actuating the cutting member to effect the cut
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F1/00—Perforating; Punching; Cutting-out; Stamping-out; Apparatus therefor
    • B26F1/02—Perforating by punching, e.g. with relatively-reciprocating punch and bed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/03—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D2007/0012—Details, accessories or auxiliary or special operations not otherwise provided for
    • B26D2007/0043—Details, accessories or auxiliary or special operations not otherwise provided for the cutting machine comprising a linear motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D5/00—Arrangements for operating and controlling machines or devices for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/08—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting

Definitions

  • the invention relates to a cutting method for reducing a cutting stroke of a cutting machine having a cutting tool.
  • the invention relates to a cutting machine with a crank drive.
  • Cutting methods such as shear cutting or sheet punching, are typically performed with a cutting machine having a two-part cutting tool, namely an upper tool and a lower tool.
  • the upper tool is moved by a drive with a lifting movement and leads to a movement on the lower tool from.
  • the force exerted by the upper tool on the workpiece increases, that is, the cutting machine springs up, until the material of the workpiece abruptly fails along a cutting line and the cut is performed.
  • the invention has for its object to dampen the oscillations of the cutting tool triggered by the cutting impact as efficiently as possible and with little equipment.
  • the invention solves the problem by a cutting method for reducing a cutting stroke of a cutting machine comprising a cutting tool, with the steps of moving a lower tool and an upper tool of the cutting tool, between which a sheet is arranged, towards each other by means of a drive comprising a crank , a record sens a Thomasschlagbeginns and energizing at least one linear motor so that a restoring force is applied to the cutting tool, which counteracts an induced by the cutting shock oscillations of the cutting tool, after cutting start of shock.
  • the invention solves the problem by a crank drive cutting machine having a linear motor arranged to act on a cutting tool of the cutting machine, a cutting stroke start detecting device for detecting a cutting stroke start, and an electric control suitable for carrying out a method according to the invention.
  • the invention also solves the problem by using a linear electric motor to damp the cutting stroke of a cutting machine.
  • An advantage of the invention is that already then the oscillation of the cutting tool counteracting restoring force can be applied to the cutting tool, for example, when the upper tool and the lower tool relative to each other substantially not yet move.
  • the cutting machine is spring-loaded.
  • the upper tool is greatly accelerated toward the lower tool.
  • the relative speed between upper and lower tool is still very low. The acceleration, however, considerable.
  • the damping force depends on a relative speed between the upper and lower tools or on a reivativ position of the upper and lower tool relative to each other. From the motion characteristic of the upper tool relative to the lower tool, it follows that initially the acceleration assumes a large value and only then does the relative speed.
  • the method according to the invention can The oscillation of the cutting tool triggered by the cutting impact, in particular the oscillation of an upper tool to a lower tool, significantly better attenuates than the method according to the prior art.
  • the damping of cutting stroke can be quickly adapted to changing boundary conditions. If, for example, the mass of the upper tool or the material of sheet metal to be cut changes, it is sufficient to adapt the time profile of the energization of the linear motor in order to again obtain the optimum damping.
  • a cutting tool is understood in particular as a two-part or multi-part cutting tool which comprises an upper tool and a lower tool.
  • the method according to the invention comprises the steps of detecting a cutting tool position along a stroke path of the cutting tool, energizing the at least one linear motor so that the cutting tool applies a biasing force against a workpiece to be cut, before the cutting start and a release of the biasing force immediately after the start of cutting. This ensures that the force necessary for cutting the workpiece is applied to a certain extent by the linear motor.
  • the cutting machine springs less, and the cutting stroke can be damped even faster.
  • the method according to the invention particularly preferably comprises the step of applying the cutting force to the cutting tool after releasing the biasing force.
  • the beginning of the cutting stroke can be detected particularly precisely if the detection of the beginning of the cutting stroke involves detecting an acceleration of the cutting tool, in particular of an upper tool. As stated above, the acceleration is large immediately after the beginning of the cutting stroke, but the relative speed between the upper tool and the lower tool is low. A high acceleration is therefore a clear and easily measurable indication of the beginning of cutting stroke.
  • the linear motor is energized so that it always applies a restoring force on the cutting tool or a part of the cutting tool, such as the upper tool or the lower tool, which is temporally variable and a phase shift relative to the time-varying vibration of the cutting tool, or of the upper tool relative to the lower tool, having.
  • the phase shift is substantially at 180 °. This means that it is possible, but not necessary, for the phase shift to lie within the control accuracy at 180 °. For example, it is sufficient if the phase shift is between 170 ° and 190 °.
  • the cutting impact may occur at different points along a cutting line at different times. This results in a slight tilting of the cutting tool or of the upper tool relative to the lower tool. This results in an oscillation of the cutting tool or an upper and / or lower tool about a pivot axis, which also leads to wear.
  • This oscillation is avoided if the detection of the cutting start of impact and the energizing of the at least one linear motor is carried out at two, in particular at four, locations, wherein the at least two locations are arranged in particular at corners of the cutting tool.
  • the restoring force also sets earlier, at a point where the cutting stroke used to be earlier, so that the oscillations around the pivot axis are significantly reduced.
  • the method comprises the steps of detecting an angular position of the cutting tool and energizing the at least one linear motor so that the angular position of the cutting tool approaches a desired angular position.
  • the desired angular position causes a part of the cutting tool to touch the workpiece earlier than other parts of the cutting tool.
  • the desired angular position is selected such that the cutting impact occurs along the cutting line at substantially the same time.
  • the angular position is understood in particular to mean the orientation of the cutting tool relative to a plane in which the workpiece and / or the lower tool is arranged.
  • a cutting impact damping device preferably has a double-comb linear motor.
  • a double-comb linear motor is understood in particular to mean a linear motor in which two oppositely arranged partial primary parts surround a secondary part having permanent magnets. Double comb linear motors are short in construction and therefore well suited for short-stroke cutting machines.
  • both primary parts share all permanent magnets.
  • each north pole of a permanent magnet interacts with one of the partial primary parts, whereas the south pole of the same permanent magnet interacts with the other primary partial part.
  • the secondary part has a matrix of fiber-reinforced plastic, in which the permanent magnets are embedded.
  • Fiber-reinforced plastic has a high strength and keeps the permanent magnets safely in place. At the same time the plastic is not electrically conductive, so that no eddy currents are induced, which could affect the dynamics of the linear motor.
  • a particularly durable and at the same time robust guidance is obtained when the secondary part has on both sides a guide rail, by means of which the secondary part is guided centrally between the two partial primary parts.
  • the secondary part is guided by a guide carriage on the two partial primary parts.
  • the attraction forces of the primary parts add up to zero, so that the attractive forces exerted by the two sub-primary parts respectively on the secondary part are completely absorbed by a connection of the two sub-primary parts. Since consequently no forces acting perpendicular to the sub-primary parts have to be absorbed at the secondary part, the guidance of the secondary part is particularly wear-resistant.
  • a particularly good magnetic closure and at the same time a magnetic shielding are obtained when the guiding machine is ferromagnetic.
  • a distance measuring sensor in particular a magnetic distance measuring sensor, is arranged for measuring a position of the secondary part relative to the primary part.
  • the magnetic displacement sensor delivers reliable measured values since the ferromagnetic guide rail effects a magnetic closure, so that only a weak stray magnetic field exists outside the guide rail.
  • a particularly dynamic linear motor is obtained when the secondary part has a plurality of teeth and has a toothed head winding with an open groove.
  • a magnetic division of the permanent magnets substantially corresponds to 6/7 of the pole pitch of the teeth of the secondary part. To this Way, a particularly large force can be applied to the cutting tool.
  • An independent subject of the present invention is an electromagnetic linear motor in which the permanent magnets of the secondary part are embedded in a non-electrically conductive medium.
  • the electrically non-conductive medium may be, for example, a plastic, in particular a fiber-reinforced plastic.
  • the fiber-reinforced plastic is in particular a glass fiber or carbon fiber reinforced plastic.
  • the electrically non-conductive material is used in particular for eddy current reduction.
  • the primary part of the linear motor comprises electromagnets, which in turn have laminated cores in the form of U-profiles. In this case, a maximum large slot opening is preferably used.
  • a copper fill factor of the windings of the primary part is preferably more than 40%, in particular more than 55%.
  • a particularly easy to manufacture linear motor is obtained when the copper coils are embedded in an electrically non-conductive medium, in particular when the coils are glued with impregnating resin to form coils and inserted in the bonded state in the yoke.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a cutting machine according to the invention
  • FIG. 2 shows a perspective view of a cutting impact damping device according to the invention, which is connected to a table and a plunger of a cutting machine according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic cross section through the cutting impact damping device according to the invention from FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a laminated core of a primary part of a linear motor of the cutting impact damping device according to FIG. 2, the laminated core being shown without coils,
  • FIG. 5 shows the laminated core according to FIG. 4 with coils
  • FIG. 6 shows a perspective view of the cutting impact damping device according to FIG. 2,
  • FIG. 7 shows an exploded view of the cutting impact damping device according to FIG. 6 and FIG. 7
  • FIG. 8 shows a schematic diagram of the cutting impact damping device according to the invention.
  • Figure 1 shows a cutting machine 10 according to the invention comprising a frame 12 and a drive 14 which moves a plunger 16 with a lifting movement up and down.
  • the drive 14 can be any desired drive and in the present case comprises a crankshaft 18, a flywheel 20 and an electric motor. Motor 22 for driving the crankshaft 18.
  • the frame 12 includes a table 24, in which a lower tool 26 is inserted. The lower tool 26 and the upper tool 28 are part of a cutting tool 30.
  • the upper tool 28 has a punch 32, which has a smaller outer diameter by a small amount, than an inner diameter of a recess 25 in the lower tool 26, which is also referred to as a die.
  • the cutting machine 10 is fed by a feed sheet, not shown, which then gets between upper tool 28 and lower tool 26 and cut out according to the shape of the punch 32. The result is the desired slug.
  • FIG. 2 shows the cutting tool 30 according to FIG. 1 and the plunger 16.
  • a cutting impact damping device 36 Disposed between the plunger 16 and the table 24 is a cutting impact damping device 36 which has a synchronous, double-planar linear motor 38 and a first fastening device 40 for fastening the linear motor 38 to the plunger 16 and a second attachment device 42 for attaching the linear motor 38 to the table 24.
  • the plunger 16 moves along a linear stroke path, which is indicated by the arrow P.
  • FIG. 3 shows a schematic cross section through the linear motor 38. It can be seen that the secondary part 46 has a large number of permanent magnets 48.1, 48.2,... 48.16 which are in alternating polarities with respect to one another.
  • the primary part 44 comprises a first sub-primary part 50.1 and a second sub-primary part 50.2, which are constructed essentially mirror-symmetrically with respect to one another and lie opposite one another with respect to a longitudinal axis L of the secondary part 46. Because of their symmetrical structure, only the partial primary part 50.1 will be described in more detail below.
  • the permanent magnets 48.1 ... 48.16 are arranged with a magnet pitch ⁇ M to each other, which indicates the distance between two upper edges of adjacent permanent magnets.
  • the first part primary part 50.1 has a leafed laminated core 52.1, which has teeth 54.1 ... 54.6.
  • the first tooth 54.1 is surrounded by a coil + U.
  • the second tooth 54.2 is surrounded by a coil -U
  • the third tooth 54.3 is surrounded by a coil -V
  • the fourth tooth 54.4 is surrounded by a coil + V
  • the fifth tooth 54.5 is from a coil + W
  • the sixth tooth is surrounded by a coil -W.
  • Each of the coils thus surrounds exactly one of the teeth 54.
  • FIG. 4 shows the laminated core 52.1 without coils. It can be seen that between each two teeth a groove 56.1 ... 56.5 is formed.
  • the grooves 56 have on their sides facing the secondary part, that is, in Figure 4 on its upper side, a slot opening N, which is substantially as large as a Kehlungsbreite K at the bottom of the grooves. Although this reduces the power density of the linear motor, at the same time its inductance also decreases. It is obtained a particularly fast responding linear motor, which is advantageous for the present purpose.
  • the laminated core 52.1 has peripheral teeth 54.7, 54.8, which each form a groove 56-.6 or 56.7 with the first tooth 54.1 and the sixth tooth 54.6, which correspond in their geometrical dimensions to the remaining grooves 56.1... 56.5. All grooves 56 have the same cross sections.
  • FIG. 4 shows that a longitudinal bore 58.1... 58.4 is introduced into the laminated core 52.1 centrally between the next but two grooves centrally below the groove.
  • a first longitudinal bore 58.1 is located between the first tooth 54.1 and the first marginal tooth 54.7.
  • the second longitudinal bore 58.2 is located between the second tooth and the third tooth below the groove 56.2
  • the third longitudinal bore 58.3 is located below the groove 56.4
  • the fourth longitudinal bore is disposed below the groove 56.7.
  • the laminated core 52.1 of the linear motor comprises centrally below grooves between teeth of the primary part a longitudinal bore for suppressing parasitic magnetic field lines. This ensures that the magnetic field lines of a coil hardly scatter in adjacent teeth.
  • FIG. 5 shows the laminated core 52.1 with the associated coils.
  • the coils are first wound independently of the sheet metal part 52.1 and fixed with impregnating resin. Subsequently, the coils + U, -U, -V, + V, + W, -W are pushed in the cured state via the associated teeth 54.1 ... 54.6 and fixed.
  • This procedure achieves a copper fill factor of over 50%, from which a high power density with low inductance follows.
  • For winding the coils for example, a round wire with a diameter of 1 mm to 2 mm is used.
  • a pole coverage ratio a - describes the ratio of the magnetic spectrum
  • the pile coverage ratio is 0.80 to 0.90.
  • An approximately sinusoidal profile of the flux density B y in the air gap between the primary part and the secondary part is then achieved as a function of the position in the longitudinal direction L of the secondary part (compare FIG. 3). The position of the secondary part relative to the primary part in the longitudinal direction L corresponds to an x-coordinate.
  • FIG. 6 shows the cutting impact damping device 36 in a perspective view. It can be seen that the first part primary part 50.1 and the second part primary part 50.2 are connected on both sides via a respective connection element 60.1 or 60.2. Centrally between the sub-primary parts 50.1, 50.2, the secondary part 46 is arranged, which has on both sides of the permanent magnet 48 each have a T-shaped guide rail 62.1, 62.2. The guide rails 62.1, 62.2 have on their respective connecting element
  • FIG. 7 shows an exploded view of the linear motor 38. It can be seen that the permanent magnets 48.1... 48.12 are embedded in a matrix 66 of a nonconductor, namely of glass fiber reinforced plastic. Each permanent magnet has two broad sides, which are directly facing one of the two sub-primary parts 50.1 and 50.2. In other words, the two sub-primary parts 50.1, 50.2 share the permanent magnets.
  • the linear motor 38 is also referred to as a double comb linear motor.
  • screws 68.1 ... 68.4 engage through the longitudinal bores 58.1 ... 58.4 and are fastened to partial elements 70.1, 70.2 of the connecting element 60.1.
  • a displacement sensor 72 Disposed laterally outside the first guide rail 62.1 is a displacement sensor 72, which detects the x-position of the secondary part 46 relative to the primary part 44 and forwards it to a schematically drawn electrical control 46.
  • the electrical control 74 is also in contact with an acceleration sensor 76 schematically drawn in FIG. 2, which detects an acceleration of the plunger 16 and thus the upper tool.
  • the electrical controller 74 is also in contact with a servo inverter 78, which operates as a frequency converter and which is connected via not shown electrical lines with the coils + U, -U, + V, -V, + W, -W in contact and these energized.
  • the servo inverter 78 has a total power of 11, 2 kW.
  • the plunger 16 (FIG. 1) is brought into a lifting movement along a repetitive lifting path. If the acceleration sensor 76 detects an acceleration a, which is oriented towards the table 24 or the lower tool 26 and exceeds a threshold value a s , the corresponding time is set as the cutting stroke beginning t start.
  • the electric controller 74 controls the servo inverter 78 to energize the coils + U 1 -U 1 + V, -V, + W, -W with a coil current Istr a ng (t), so that a restoring force FR QC kstei ⁇ (t) between the primary part 44 ( Figure 2) and the secondary part (46) is formed.
  • the restoring force F R ck kst e i ⁇ (t) is chosen so that it an oscillation .DELTA.x (t) of the plunger 16, ie the difference between the current position x (t) of the plunger 16 relative to its load-free lifting path Xia stf r e i (t), counteracts.
  • the load-free stroke Xiastlitis (t) is that path along the x-axis, which describes the plunger 16 as a function of time, when no workpiece is machined and consequently also no cutting stroke ensteht.
  • the application time of the servo inverter 78 is 380 ⁇ s with a time frame of 200 ⁇ s.
  • a linear motor which can apply a maximum restoring force F rubste i ⁇ , max of more than 2 000 N, in particular more than 3 000 N.
  • the time within which this maximum restoring force is achieved is preferably less than 3 ms.
  • the regulation of the linear motor 38 takes place in real time.
  • FIG. 8 shows a schematic view of the dimensions of the cutting impact damping device 36 according to the invention.
  • a primary part height of the partial primary parts 50.1, 50.2 is preferably less than 500 mm.
  • a width of the partial primary parts is preferably less than 200 mm. Particularly favorable is a travel of less than 150 mm and more than 50 mm.
  • Linear motor (38) so that the cutting tool (30) applies a biasing force (Fvorspan ⁇ ) against a workpiece to be cut, and
  • Cutting method characterized by the steps (iv) after the release of the biasing force (F bias) energizing the at least one linear motor (38) so that the restoring force (FRückstei ⁇ (t)) is applied to the cutting tool (30).

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schneidverfahren zum Vermindern eines Schnittschlags einer Schneidmaschine (10), die ein Schneidwerkzeug (30) besitzt. Erfindungsgemäß werden die Schritte (a) Erfassen eines Schnittschlagbeginns (tBeginn), und (b) nach Schnittschlagbeginn (tBeginn) Bestromen mindestens eines Linearmotors (38) so, dass eine Rückstellkraft (FRückstell(t)) auf das Schneidwerkzeug (30) aufgebracht wird, die einer durch den Schnittschlag ausgelösten Oszillation (Δx(t)) des Schneidwerkzeugs (30) entgegenwirkt, vorgeschlagen.

Description

Schneidverfahren zum Vermindern eines Schnittschlags
Die Erfindung betrifft ein Schneidverfahren zum Vermindern eines Schnittschlags einer Schneidmaschine, die ein Schneidwerkzeug besitzt. Bezüglich eines zweiten Aspekts betrifft die Erfindung eine Schneidmaschine mit einem Kurbelantrieb.
Schneidverfahren, wie beispielsweise das Scherschneiden oder Stanzen von Blechen, werden in der Regel mit einer Schneidmaschine durchgeführt, die ein zweiteiliges Schneidwerkzeug besitzt, nämlich ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug. Das Oberwerkzeug wird von einem Antrieb mit einer Hubbewegung bewegt und führt eine Bewegung auf das Unterwerkzeug zu aus. Zu Beginn des Schneidvorgangs setzt es auf dem zu schneidenden Werkstück, beispielsweise dem Blech, auf, das auf dem Unterwerkzeug aufliegt. Die Kraft, die das Oberwerkzeug auf das Werkstück ausübt, steigt an, das heißt, die Schneidmaschine federt auf, bis der Werkstoff des Werkstücks entlang einer Schnittlinie schlagartig versagt und der Schnitt ausgeführt wird.
Im Moment des Versagens sinkt die Kraft zwischen Oberwerkzeug und Unterwerkzeug schlagartig ab. Dieses Phänomen wird als Schnittschlag bezeichnet. Durch den Schnittschlag kommt es zu einer Oszillation des Oberwerkzeugs relativ zum Unterwerkzeug, bei dem das Oberwerkzeug am Werkstück reibt und dadurch verschleißt. Aufgrund dieses Verschleißes singt die Bauteilqualität der geschnittenen Butzen. Beispielsweise ist der Schnitt weniger glatt, so dass der Rand des Butzens nachbearbeitet werden muss, was teuer ist. Um das zu vermeiden, muss das Schneidwerkzeug regelmäßig ausgetauscht werden, was aufwendig und teuer ist. Es werden daher Dämpfer zwischen dem Oberwerkzeug und einem das Oberwerkzeug bewegenden Antrieb vorgesehen, um die durch den Schnittschlag ausgelöste Oszillation des Schneidwerkzeugs möglichst rasch zu dämpfen.
Aus der WO 98/55779 ist ein elektromagnetischer Dämpfer bekannt, bei dem zwischen Reihen von Permanentmagneten Spulen angeordnet sind. Bei einer Bewegung der an den zu dämpfenden Teilen befestigten Spulen relativ zu einem feststehenden Teil, wird in den Spulen eine elektrische Spannung induziert, die über einen elektrischen Verstärker verstärkt wird. Mit der verstärkten Spannung werden zweite Spulen bestromt, die zwischen den Permanentmagneten angeordnet sind. Das führt zu einer verstärkten Dämpfung. Nachteilig an diesem System ist, dass es für die großen beim Schnittschlag auftretenden Kräfte nicht geeignet ist.
Aus der DE 95 29 134 ist ein Reibungsdämpfer bekannt. Dieser weist jedoch den Nachteil auf, dass die nach dem Schnittschlag auftretenden Oszillationen des Schneidwerkzeugs nur schlecht gedämpft werden können.
Aus der EP 0 937 572 A2 sind eine Presse und eine Stanzmaschine bekannt, die mit Linearmotoren angetrieben sind. Nachteilig an derartigen Pressen ist, das sehr starke Linearmotoren eingesetzt werden müssen, um die beträchtlichen Kräfte aufzubringen. Aus der WO 98/55779 A1 ist ein Dämpfer in Form eines Linearmotors bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch den Schnittschlag ausgelösten Oszillationen des Schneidwerkzeugs möglichst effizient und mit geringem apparativem Aufwand zu dämpfen.
Die Erfindung löst das Problem durch ein Schneidverfahren zum Vermindern eines Schnittschlags einer Schneidmaschine, die ein Schneidwerkzeug um- fasst, mit den Schritten eines Bewegens eines Unterwerkzeug und eines Oberwerkzeugs des Schneidwerkzeugs, zwischen denen ein Blech angeordnet ist, mittels eines eine Kurbel umfassenden Antriebs aufeinander zu, eines Erfas- sens eines Schnittschlagbeginns und eines Bestromens mindestens eines Linearmotors so, dass eine Rückstellkraft auf das Schneidwerkzeug aufgebracht wird, die einer durch den Schnittschlag ausgelösten Oszillationen des Schneidwerkzeugs entgegenwirkt, nach Schnittschlagbeginn.
Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch eine eine Schneidmaschine mit einem Kurbelantrieb, die einen Linearmotor, der zum Einwirken auf ein Schneidwerkzeug der Schneidmaschine angeordnet ist, eine Schnittschlagbeginn-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Schnittschlagbeginns und eine elektrische Steuerung oder Regelung, die geeignet ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens, umfasst. Die Erfindung löst das Problem zudem durch die Verwendung eines elektrischen Linearmotors zum Dämpfen des Schnittschlags einer Schneidmaschine.
Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass bereits dann eine der Oszillation des Schneidwerkzeugs entgegenwirkende Rückstellkraft auf das Schneidwerkzeug aufgebracht werden kann, wenn sich beispielsweise das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug relativ zueinander im Wesentlichen noch nicht bewegen. Unmittelbar vor dem Schnittschlag ist die Schneidmaschine aufgefedert. Unmittelbar nach Beginn des Schnittschlags wird beispielsweise das Oberwerkzeug stark auf das Unterwerkzeug zu beschleunigt. Zu Beginn dieser Beschleunigung ist die Relativgeschwindigkeit zwischen Ober- und Unterwerkzeug noch sehr gering. Die Beschleunigung jedoch beträchtlich. Durch Messen der Beschleunigung und durch unmittelbar daran anschließendes Bestromen des Linearmotors kann die Rückstellkraft sehr schnell aufgebracht werden.
Bei herkömmlichen Dämpfern hängt die Dämpfungskraft von einer Relativ- Geschwindigkeit zwischen Ober- und Unterwerkzeug oder aber von einer ReIa- tiv-Position von Ober- und Unterwerkzeug relativ zueinander ab. Aus der Bewegungscharakteristik des Oberwerkzeugs relativ zum Unterwerkzeug folgt a- ber, dass zunächst die Beschleunigung einen großen Wert annimmt und erst dann die Relativ-Geschwindigkeit. Das erfindungsgemäße Verfahren kann da- her die durch den Schnittschlag ausgelöste Oszillation des Schneidwerkzeugs, insbesondere die Oszillation eines Oberwerkzeugs zu einem Unterwerkzeug, deutlich besser dämpfen als Verfahren nach dem Stand der Technik.
Vorteilhaft ist zudem, dass das Dämpfen der durch den Schnittschlag ausgelösten Oszillation ohne aneinander reibende und damit schnell verschleißende Teile erreicht wird.
Es ist ein weiterer Vorteil, dass die Dämpfung des Schnittschlags schnell sich ändernden Randbedingungen angepasst werden kann. Ändert sich beispielsweise die Masse des Oberwerkzeugs oder das Material von zu schneidendem Blech, so genügt eine Anpassung des zeitlichen Verlaufs des Bestromens des Linearmotors, um wiederum die optimale Dämpfung zu erhalten.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einem Schneidwerkzeug insbesondere ein zweiteiliges oder mehrteiliges Schneidwerkzeug verstanden, das ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug umfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte eines Erfassens einer Schneidwerkzeuglage entlang eines Hubpfads des Schneidwerkzeugs, eines Bestromens des mindestens einen Linearmotors so, dass das Schneidwerkzeug eine Vorspannkraft gegen ein zu schneidendes Werkstück aufbringt, vor dem Schnittschlagbeginn und eines Lö- sens der Vorspannkraft unmittelbar nach Schnittschlagbeginn. Dadurch wird erreicht, dass die zum Schneiden des Werkstücks notwendige Kraft zu einem gewissen Teil von dem Linearmotor aufgebracht wird. Die Schneidmaschine federt weniger aus, und der Schnittschlag kann noch schneller gedämpft werden.
Zum besonders schnellen Dämpfen des Schnittschlags umfasst das erfindungsgemäße Verfahren besonders bevorzugt den Schritt eines Aufbringens der Schnittkraft auf das Schneidwerkzeug nach dem Lösen der Vorspannkraft. Der Schnittschlagbeginn kann besonders präzise erfasst werden, wenn das Erfassen des Schnittschlagbeginns ein Erfassen einer Beschleunigung des Schneidwerkzeugs, insbesondere eines Oberwerkzeugs, umfasst. Wie oben ausgeführt, ist unmittelbar nach Schnittschlagbeginn die Beschleunigung groß, die Relativ-Geschwindigkeit zwischen Oberwerkzeug und Unterwerkzeug jedoch gering. Eine hohe Beschleunigung ist daher ein deutliches und leicht messbares Anzeichen für den Schnittschlagbeginn.
In anderen Worten wird der Linearmotor so bestromt, dass er stets eine Rückstellkraft auf das Schneidwerkzeug oder einen Teil des Schneidwerkzeugs, wie beispielsweise das Oberwerkzeug oder das Unterwerkzeug, aufbringt, die zeitlich veränderlich ist und eine Phasenverschiebung gegenüber der zeitlich veränderlichen Schwingung des Schneidwerkzeugs, bzw. des Oberwerkzeugs gegenüber dem Unterwerkzeug, aufweist. Die Phasenverschiebung liegt dabei im Wesentlichen bei 180°. Hierunter ist zu verstehen, dass es möglich, nicht aber notwendig ist, dass die Phasenverschiebung im Rahmen der Regelgenauigkeit bei 180° liegt. Es ist beispielsweise auch ausreichend, wenn die Phasenverschiebung zwischen 170° und 190° liegt.
Bei asymmetrischen Werkstücken kann der Schnittschlag an unterschiedlichen Stellen entlang einer Schnittlinie zu unterschiedlichen Zeitpunkten eintreten. Es kommt dadurch zu einem leichten Verkanten des Schneidwerkzeugs, bzw. des Oberwerkzeugs relativ zum Unterwerkzeug. Hieraus resultiert eine Oszillation des Schneidwerkzeugs oder eines Ober- und/oder Unterwerkzeugs um eine Schwenkachse, was ebenfalls zu Verschleiß führt. Diese Oszillation wird vermieden, wenn das Erfassen des Schnittschlagbeginns und das Bestromen des mindestens einen Linearmotors an zwei, insbesondere an vier, Stellen durchgeführt wird, wobei die mindestens zwei Stellen insbesondere an Ecken des Schneidwerkzeugs angeordnet sind. In diesem Fall setzt die Rückstellkraft an einer Stelle, bei der der Schnittschlag früher eingesetzt hat, ebenfalls früher an, so dass die Oszillationen um die Schwenkachse deutlich reduziert werden. Bevorzugt umfasst das Verfahren die Schritte eines Erfassens einer Winkellage des Schneidwerkzeugs und eines Bestromens des mindestens einen Linearmotors so, dass die Winkellage des Schneidwerkzeugs sich einer Soll-Winkellage annähert. So kann vorgesehen sein, dass die Soll-Winkellage dazu führt, dass ein Teil des Schneidwerkzeugs früher auf dem Werkstück aufsetzt als andere Teile des Schneidwerkzeugs. Beispielsweise wird die Soll-Winkellage so gewählt, dass der Schnittschlag entlang der Schnittlinie im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt eintritt. Unter der Winkellage wird insbesondere die Orientierung des Schneidwerkzeugs relativ zu einer Ebene verstanden, in der das Werkstück und/oder das Unterwerkzeug angeordnet ist.
Eine erfindungsgemäße Schnittschlagdämpfungsvorrichtung besitzt vorzugsweise einen Doppelkamm-Linearmotor. Unter einen Doppelkamm-Linearmotor wird insbesondere ein Linearmotor verstanden, bei dem zwei gegenüberliegend angeordnete Teil-Primärteile ein Permanentmagneten aufweisendes Sekundärteil umgeben. Doppelkamm-Linearmotoren bauen kurz und sind daher für kurz- hubige Schneidmaschinen gut geeignet.
Besonders bevorzugt teilen sich beide Primärteile alle Permanentmagneten. In anderen Worten wirkt beispielsweise ein jeder Nordpol eines Permanentmagneten mit einem der Teil-Primärteile zusammen, wohingegen der Südpol des gleichen Permanentmagneten mit dem anderen Teil-Primärteil zusammenwirkt. Es existiert in anderen Worten nur eine Lage an Permanentmagneten für beide Teil-Primärteile des Primärteils. Vorteilhaft hieran ist die besonders kompakte Bauweise.
Es ist besonders bevorzugt, dass das Sekundärteil eine Matrix aus faserverstärktem Kunststoff aufweist, in der die Permanentmagnete eingebettet sind. Faserverstärkter Kunststoff hat eine hohe Festigkeit und hält die Permanentmagnete dadurch sicher am Platz. Gleichzeitig ist der Kunststoff elektrisch nicht leitend, so dass keine Wirbelströme induziert werden, was die Dynamik des Linearmotors beeinträchtigen könnte.
Eine besonders langlebige und gleichzeitig robuste Führung wird erhalten, wenn das Sekundärteil beidseits eine Führungsschiene aufweist, mittels der das Sekundärteil mittig zwischen den beiden Teil-Primärteilen geführt ist. Beispielsweise ist das Sekundärteil durch einen Führungswagen an den beiden Teil-Primärteilen geführt. Genau mittig zwischen den Teil-Primärteilen addieren sich die Anziehungskräfte der Primärteile zu Null, so dass die Anziehungskräfte, die von den beiden Teil-Primärteilen jeweils auf das Sekundärteil ausgeübt werden, vollständig über eine Verbindung der beiden Teil-Primärteile aufgefangen werden. Da folglich am Sekundärteil keine auf die Teil-Primärteile senkrecht zu wirkende Kräfte aufgefangen werden müssen, ist die Führung des Sekundärteils besonders verschleißarm.
Ein besonders guter magnetischer Schluss und gleichzeitig eine magnetische Abschirmung werden erhalten, wenn die Führungsmaschine ferromagnetisch ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist seitlich außerhalb der Führungsschiene ein Wegmesssensor, insbesondere ein magnetischer Wegmesssensor, zum Messen einer Position des Sekundärteils relativ zum Primärteil angeordnet. Der magnetische Wegmesssensor liefert trotz starker Permanentmagnete in seiner unmittelbaren Umgebung verlässliche Messwerte, da die ferromagne- tische Führungsschiene einen magnetischen Schluss bewirkt, so dass außerhalb der Führungsschiene nur ein schwaches magnetisches Streufeld existiert.
Ein besonders dynamischer Linearmotor wird erhalten, wenn das Sekundärteil mehrere Zähne aufweist und eine Zahnkopfwicklung mit offener Nut besitzt.
Es ist vorteilhaft, wenn eine Magnetteilung der Permanentmagnete im Wesentlichen 6/7 der Polteilung der Zähne des Sekundärteils entspricht. Auf diese Weise kann eine besonders große Kraft auf das Schneidwerkzeug aufgebracht werden.
Einen unabhängigen Gegenstand der vorliegenden Erfindung stellt ein elektromagnetischer Linearmotor dar, bei dem die Permanentmagnete des Sekundärteils in ein nicht elektrisch leitfähiges Medium eingebettet sind. Das elektrisch nicht leitfähige Medium kann beispielsweise ein Kunststoff, insbesondere ein faserverstärkter Kunststoff sein. Der faserverstärkte Kunststoff ist insbesondere ein glasfaser- oder kohlenfaserverstärkter Kunststoff. Das elektrisch nicht leitfähige Material wird insbesondere zur Wirbelstromverringerung eingesetzt. Bevorzugt umfasst das Primärteil des Linearmotors Elektromagnete, die ihrerseits Blechpakete in Form von U-Profilen aufweisen. Dabei wird bevorzugt eine maximal große Nutöffnung verwendet. Bevorzugt beträgt ein Kupferfüllfaktor der Wicklungen des Primärteils mehr als 40 %, insbesondere mehr als 55 %. Ein besonders einfach zu fertigender Linearmotor wird erhalten, wenn die Kupferspulen in ein elektrisch nicht leitendes Medium gebettet sind, insbesondere, wenn die Spulen mit Tränkharz zu Formspulen verklebt und im verklebten Zustand in das Joch eingesetzt sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schneidmaschine,
Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schnittschlagdämpfungsvorrichtung, die mit einem Tisch und einem Stößel einer erfindungsgemäßen Schneidmaschine verbunden ist,
Figur 3 einen schematischen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Schnittschlagdämpfungsvorrichtung aus Figur 2,
Figur 4 ein Blechpaket eines Primärteils eines Linearmotors der Schnittschlagdämpfungsvorrichtung gemäß Figur 2, wobei das Blechpaket ohne Spulen gezeigt ist,
Figur 5 das Blechpaket gemäß Figur 4 mit Spulen,
Figur 6 eine perspektivische Ansicht der Schnittschlagdämpfungsvorrichtung gemäß Figur 2,
Figur 7 eine Explosionsansicht der Schnittschlagdämpfungsvorrichtung gemäß Figur 6 und
Figur 8 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Schnittschlagdämpfungsvorrichtung.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schneidmaschine 10, die ein Gestell 12 und einen Antrieb 14 umfasst, der einen Stößel 16 mit einer Hubbewegung auf und ab bewegt. Der Antrieb 14 kann jeder beliebige Antrieb sein und umfasst im vorliegenden Fall eine Kurbelwelle 18, ein Schwungrad 20 und einen Elektro- motor 22 zum Antreiben der Kurbelwelle 18. Das Gestell 12 umfasst einen Tisch 24, in den ein Unterwerkzeug 26 eingelassen ist. Das Unterwerkzeug 26 und das Oberwerkzeug 28 sind Teil eines Schneidwerkzeugs 30.
Wie in den beiden Teilzeichnungen links gezeigt, besitzt das Oberwerkzeug 28 einen Stempel 32, der einen um einen kleinen Betrag kleineren Außendurchmesser aufweist, als ein Innendurchmesser einer Ausnehmung 25 im Unterwerkzeug 26, das auch als Matrize bezeichnet wird. Der Schneidemaschine 10 wird durch einen nicht gezeigten Vorschub Blech zugeführt, das dann zwischen Oberwerkzeug 28 und Unterwerkzeug 26 gerät und gemäß der Form des Stempels 32 ausgeschnitten wird. Es entsteht der gewünschte Butzen.
Figur 2 zeigt das Schneidwerkzeug 30 gemäß Figur 1 und den Stößel 16. Zwischen dem Stößel 16 und dem Tisch 24 ist eine Schnittschlagdämpfungsvorrichtung 36 angeordnet, die einen synchronen, doppelt planaren Linearmotor 38 sowie eine erste Befestigungsvorrichtung 40 zum Befestigen des Linearmotors 38 an dem Stößel 16 und eine zweite Befestigungsvorrichtung 42 zum Befestigen des Linearmotors 38 an dem Tisch 24 umfasst. Vom Antrieb 14 (vgl. Figur 1) angetrieben, bewegt sich der Stößel 16 entlang eines linearen Hubpfads, der durch den Pfeil P angedeutet ist.
Wird ein Blech zwischen Ober- und Unterwerkzeug positioniert und bewegt sich der Stößel 16 nach unten, so kommt der Stempel 32 (vgl. Figur 1) mit dem Blech in Kontakt, das einer weiteren Bewegung des Stempels 32 nach unten zunächst einen mechanischen Widerstand entgegensetzt. Durch die Kraft des Antriebs 14 wird der Stößel 16 weiter nach unten gedrückt, so dass es zu einer Auffederung kommt. Durch die Auffederung verformt sich beispielsweise die Kurbelwelle 18 elastisch.
Ist eine kritische Kraft überschritten, versagt das Blech schlagartig und der Stempel 32 dringt in die Ausnehmung 25 im Unterwerkzeug 26 (vgl. Figur 1) ein. Es kommt zu einer Schwingung zwischen Oberwerkzeug 28 und Unter- Werkzeug 26 und damit zu einer Schwingung zwischen dem Tisch 24 (vgl. Figur 2) und dem Stößel 16. Dadurch kommt es zu einer Relativbewegung zwischen einem Primärteil 44 und einem Sekundärteil 46 des Linearmotors 38.
Figur 2 zeigt zudem schematisch Schwenkwinkel α, ß, um die der Stößel 16 zu einer Horizontalen H geneigt sein kann. Gemäß einer Soll-Winkellage gilt α= 0 und ß = 0.
Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Linearmotor 38. Es ist zu erkennen, dass das Sekundärteil 46 eine Vielzahl an Permanentmagneten 48.1 , 48.2, ... 48.16 aufweist, die in alternierenden Polaritäten zueinander stehen.
Das Primärteil 44 umfasst ein erstes Teil-Primärteil 50.1 und ein zweites Teil- Primärteil 50.2, die zueinander im Wesentlichen spiegelsymmetrisch aufgebaut sind und sich bezüglich einer Längsachse L des Sekundärteils 46 gegenüberliegen. Wegen ihres symmetrischen Aufbaus wird im Folgenden lediglich das Teil-Primärteil 50.1 näher beschrieben.
Die Permanentmagnete 48.1 ... 48.16 sind mit einer Magnetteilung τM zueinander angeordnet, die den Abstand zweier Oberkanten benachbarter Permanentmagnete angibt.
Das erste Teil-Primärteil 50.1 besitzt ein geblättertes Blechpaket 52.1 , das Zähne 54.1 ...54.6 aufweist. Der erste Zahn 54.1 ist von einer Spule +U umgeben. Der zweite Zahn 54.2 ist von einer Spule -U umgeben, der dritte Zahn 54.3 ist von einer Spule -V umgeben, der vierte Zahn 54.4 ist von einer Spule +V umgeben, der fünfte Zahn 54.5 ist von einer Spule +W und der sechste Zahn ist von einer Spule -W umgeben. Jede der Spulen umgibt damit genau einen der Zähne 54. Figur 4 zeigt das Blechpaket 52.1 ohne Spulen. Es ist zu erkennen, dass zwischen jeweils zwei Zähnen eine Nut 56.1 ... 56.5 ausgebildet ist. Die Nuten 56 besitzen an ihren dem Sekundärteil zugewandten Seiten, das heißt in Figur 4 an ihrer oberen Seite, eine Nutöffnung N, die im Wesentlichen so groß ist wie eine Kehlungsbreite K am Fuße der Nuten. Hierdurch sinkt zwar die Kraftdichte des Linearmotors, gleichzeitig sinkt aber auch seine Induktivität. Es wird ein besonders schnell ansprechender Linearmotor erhalten, was für den vorliegenden Zweck vorteilhaft ist.
Das Blechpaket 52.1 besitzt randständige Zähne 54.7, 54.8, die mit dem ersten Zahn 54.1 und dem sechsten Zahn 54.6 jeweils eine Nut 56-.6 bzw. 56.7 bilden, die in ihren geometrischen Abmessungen den übrigen Nuten 56.1 ... 56.5 entsprechen. Alle Nuten 56 haben damit die gleichen Querschnitte.
Die Figur 4 lässt erkennen, dass jeweils zwischen übernächsten Nuten zentrisch unterhalb der Nut eine Längsbohrung 58.1 ... 58.4 in das Blechpaket 52.1 eingebracht ist. So befindet sich eine erste Längsbohrung 58.1 zwischen dem ersten Zahn 54.1 und dem ersten randständigen Zahn 54.7. Die zweite Längsbohrung 58.2 befindet sich zwischen dem zweiten Zahn und dem dritten Zahn unterhalb der Nut 56.2, die dritte Längsbohrung 58.3 befindet sich unterhalb der Nut 56.4 und die vierte Längsbohrung ist unterhalb der Nut 56.7 angeordnet. In anderen Worten umfasst das Blechpaket 52.1 des Linearmotors zentrisch unterhalb von Nuten zwischen Zähnen des Primärteils eine Längsbohrung zum Unterdrücken von parasitären magnetischen Feldlinien. Hierdurch wird erreicht, dass die magnetischen Feldlinien einer Spule nur kaum in benachbarte Zähne streuen.
Figur 5 zeigt das Blechpaket 52.1 mit den zugehörigen Spulen. Die Spulen werden zunächst unabhängig vom Blechteil 52.1 gewickelt und mit Tränkharz fixiert. Anschließend werden die Spulen +U, -U, -V, +V, + W, -W im ausgehärteten Zustand über die zugehörigen Zähne 54.1 ... 54.6 geschoben und fixiert. Durch dieses Vorgehen wird ein Kupferfüllfaktor von über 50 % erreicht, woraus eine hohe Kraftdichte bei geringer Induktivität folgt. Zum Wickeln der Spulen wird beispielsweise ein Runddraht mit einem Durchmesser von 1 mm bis 2 mm verwendet.
Bei permanent erregten Linearmotoren kommt es zu Kraftschwankungen, wenn im unbestromten Zustand eine magnetische Flussdichte By in einem Luftspalt zwischen Primärteil und Sekundärteil keinen sinusförmigen Verlauf annimmt.
Ein Polbedeckungsverhältnis a =— beschreibt das Verhältnis der Magnetbrei-
TP te bzw. der Polteilung bp zur Polteilung bzw. Polbreite τp. Bevorzugt beträgt das Polbedeckungsverhältnis 0,80 bis 0,90. Es wird dann ein annähernd sinusförmiger Verlauf der Flussdichte By im Luftspalt zwischen Primärteil und Sekundärteil in Abhängigkeit von der Position in Längsrichtung L des Sekundärteils erreicht (vgl. Figur 3). Die Position des Sekundärteils relativ zum Primärteil in Längsrichtung L entspricht einer x-Koordinate.
Figur 6 zeigt die Schnittschlagdämpfungsvorrichtung 36 in einer perspektivischen Ansicht. Es ist zu erkennen, dass das erste Teil-Primärteil 50.1 und das zweite Teil-Primärteil 50.2 beidseits über jeweils ein Verbindungselement 60.1 bzw. 60.2 verbunden sind. Zentrisch zwischen den Teil-Primärteilen 50.1 , 50.2 ist das Sekundärteil 46 angeordnet, das beidseits der Permanentmagneten 48 jeweils eine T-förmige Führungsschiene 62.1 , 62.2 aufweist. Die Führungsschienen 62.1 , 62.2 besitzen auf ihren dem jeweiligen Verbindungselement
60.1 bzw. 60.2 zugewandten Seiten einen Führungssteg 64.1 bzw. 64.2 (in Figur 6 nicht sichtbar) mit denen sie am jeweiligen Verbindungselement 60.1 bzw.
60.2 längsverschiebbar gelagert sind. Beim Betrieb des Linearmotors entstehen zwischen Primär- und den Teil-Sekundärteilen Kräfte bis 8 000 N. Durch die oben beschriebene Lagerung des Sekundärteils sind um den Faktor 100 kleinere Kräfte von den Führungsschienen 62 aufzunehmen. Figur 7 zeigt eine Explosionsansicht des Linearmotors 38. Es ist zu erkennen, dass die Permanentmagnete 48.1 ... 48.12 in einer Matrix 66 aus einem Nichtleiter, nämlich aus glasfaserverstärktem Kunststoff eingebettet sind. Jeder Permanentmagnet besitzt zwei Breitseiten, die direkt einem der beiden Teil- Primärteile 50.1 bzw. 50.2 zugewandt sind. In anderen Worten teilen sich die beiden Teil-Primärteile 50.1 , 50.2 die Permanentmagneten. Der Linearmotor 38 wird auch als Doppelkamm-Linearmotor bezeichnet.
Es ist zudem zu erkennen, dass Schrauben 68.1 ... 68.4 durch die Längsbohrungen 58.1 ... 58.4 greifen und an Teilelementen 70.1 , 70.2 des Verbindungselementes 60.1 befestigt sind.
Seitlich außerhalb der ersten Führungsschiene 62.1 ist ein Wegsensor 72 angeordnet, der die x-Position des Sekundärteils 46 relativ zum Primärteil 44 er- fasst und an eine schematisch eingezeichnete elektrische Steuerung 46 weiterleitet. Die elektrische Steuerung 74 steht zudem in Kontakt mit einem in Figur 2 schematisch eingezeichneten Beschleunigungssensor 76, der eine Beschleunigung des Stößels 16 und damit das Oberwerkzeug erfasst. Die elektrische Steuerung 74 steht zudem in Kontakt mit einem Servo-Umrichter 78, der als Frequenzumrichter arbeitet und der über nicht eingezeichnete elektrische Leitungen mit den Spulen +U, -U, +V, -V, +W, -W in Kontakt steht und diese bestromt. Der Servo-Umrichter 78 hat eine Gesamtleistung von 11 ,2 kW.
Zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Stößel 16 (Figur 1) in eine Hubbewegung entlang eines sich periodisch wiederholenden Hubpfads gebracht. Erfasst der Beschleunigungssensor 76 eine Beschleunigung a, die auf den Tisch 24 bzw. das Unterwerkzeug 26 zu orientiert ist und einen Schwellenwert as überschreitet, so wird der entsprechende Zeitpunkt als Schnittschlagbeginn tßeginn festgesetzt.
Die elektrische Steuerung 74 steuert den Servo-Umrichter 78 so an, dass dieser die Spulen +U1 -U1 +V, -V, +W, -W mit einem Spulenstrom Istrang(t) bestromt, so dass eine Rückstellkraft FRQCksteiι(t) zwischen dem Primärteil 44 (Figur 2) und dem Sekundärteil (46) entsteht. Die Rückstellkraft FRÜCksteiι(t) ist so gewählt, dass sie einer Oszillation Δx(t) des Stößels 16, also der Differenz zwischen der momentanen Position x(t) des Stößels 16 relativ zu seinem lastfreien Hubpfad Xiastfrei(t), entgegenwirkt. Der lastfreie Hubpfad Xiastfrei(t) ist derjenige Pfad entlang der x-Achse, den der Stößel 16 in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt, wenn kein Werkstück bearbeitet wird und folglich auch kein Schnittschlag ensteht.
Der Servo-Umrichter 78 ist so ausgelegt, dass er einen maximalen Strangstrom je Indexstrang von Istrang = 29 ADC liefert. Die Anlegezeit des Servo-Umrichters 78 beträgt 380 μs bei einem Zeitraster von 200 μs. Der Strom Istrang(t) durch die Spulen +U, -U, +V, -V, +W, -W steigt in guter Näherung linear an und hat nach zwei Millisekunden eine Stärke von Istrang = 29 A erreicht. Daraus resultiert eine Rückstellkraft FRüCksteiι(t) die ebenfalls im Wesentlichen linear mit der Zeit t ansteigt und nach zwei Millisekunden 3 500 N erreicht. In anderen Worten ist ein Linearmotor bevorzugt, der eine maximale Rückstellkraft FRücksteiι,max von mehr als 2 000 N, insbesondere mehr als 3 000 N, aufbringen kann. Die Zeit, innerhalb der diese maximale Rückstellkraft erreicht wird, beträgt bevorzugt weniger als 3 ms. Die Regelung des Linearmotors 38 erfolgt in Echtzeit.
Da der Schneidvorgang sich periodisch wiederholt, ist es möglich, den Schnittschlagbeginn tßeginn mit hoher Genauigkeit vorauszusagen. Ab einem Zeitpunkt, der eine Vorspannzeit tvorspann , die beispielsweise weniger als 500 ms beträgt, vor dem Schnittschlagbeginn tBeginn liegt, steuert die elektrische Steuerung 74 den Servo-Umrichter 78 so an, dass eine Vorspannkraft FVOrspann sich zu der Kraft addiert, die der Antrieb 14 auf das Werkstück aufbringt. Unmittelbar nach dem Schnittschlagbeginn tBeginn wird dann die Rückstellkraft FRÜCksteii angelegt, die in eine Richtung entgegengesetzt der Vorspannkraft FVOrspann wirkt.
Figur 8 zeigt eine schematische Ansicht der Baumaße der erfindungsgemäßen Schnittschlagdämpfungsvorrichtung 36. Eine Primärteilhöhe der Teil-Primärteile 50.1, 50.2 beträgt bevorzugt weniger als 500 mm. Eine Breite der Teil- Primärteile beträgt bevorzugt weniger als 200 mm. Besonders günstig ist ein Verfahrweg von weniger als 150 mm und mehr als 50 mm.
Es ist günstig, zwei, drei, vier oder mehr der oben beschriebenen aktiven Schnittschlagdämpfungsvorrichtungen am Stößel 16 vorzusehen, insbesondere an seinen Ecken. So können auch Oszillationen der Schwenkwinkel α, ß gedämpft werden.
Patentansprüche
1. Schneidverfahren zum Vermindern eines Schnittschlags einer Schneidmaschine (10), die ein Schneidwerkzeug (30) besitzt, mit den Schritten
(a) Erfassen eines Schnittschlagbeginns (tBeginπ), und
(b) nach Schnittschlagbeginn (tseginn) Bestromen mindestens eines Linearmotors (38) so, dass eine Rückstellkraft (FRücksteiiO)) auf das Schneidwerkzeug (30) aufgebracht wird, die einer durch den Schnittschlag ausgelösten Oszillation (Δx(t)) des Schneidwerkzeugs (30) entgegenwirkt.
2. Schneidverfahren nach Anspruch 1 mit den Schritten
(i) Erfassen einer Schneidwerkzeuglage (x(t)) entlang eines Hubpfads des Schneidwerkzeugs (30),
(ii) vor dem Schnittschlagbeginn (teeginπ) Bestromen des mindestens einen
Linearmotors (38) so, dass das Schneidwerkzeug (30) eine Vorspannkraft (Fvorspanπ) gegen ein zu schneidendes Werkstück aufbringt, und
(iii) unmittelbar nach Schnittschlagbeginn (tßeginn) Lösen der Vorspannkraft (Fvorspann)-
3. Schneidverfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Schritte (iv) nach dem Lösen der Vorspannkraft (Fvorspann) Bestromen des mindestens einen Linearmotors (38) so, dass die Rückstellkraft (FRücksteiι(t)) auf das Schneidwerkzeug (30) aufgebracht wird.
4. Schneidverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des Schnittschlagbeginns (tsegiπn) ein Erfassen einer Beschleunigung (a) des Schneidwerkzeugs (30) umfasst.
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP

Claims

5. Schneidverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des Schnittschlagbeginns (tßeginn) und das Bestromen des mindestens einen Linearmotors (38) an mindestens zwei, insbesondere an vier, Stellen durchgeführt wird, wobei die mindestens zwei Stellen insbesondere an Ecken des Schneidwerkzeugs (30) angeordnet sind.
6. Schneidverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch die Schritte:
Erfassen einer Winkellage (α, ß) des Schneidwerkzeugs (30) und Bestromen des mindestens einen Linearmotors (38) so, dass die Winkellage (α, ß) des Schneidwerkzeugs (30) sich einer Soll- Winkellage annähert.
7. Schnittschlagdämpfungsvorrichtung für eine Schneidmaschine, gekennzeichnet durch
(a) einen Linearmotor (38), der zum Einwirken auf ein Schneidwerkzeug (30) der Schneidmaschine (10) angeordnet ist,
(b) einer Schnittschlagbeginn-Erfassungsvorrichtung (76, 74) zum Erfassen eines Schnittschlagbeginns (tßeginn) und
(c) einer elektrischen Steuerung (74) oder Regelung, die eingerichtet ist zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.
8. Schnittschlagdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor (38) ein Doppelkamm-Linearmotor ist.
9. Schnittschlagdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor (38) ein Permanentmagneten aufweisendes Sekundärteil (46) und zwei gegenüberliegend angeordnete Teil-Primärteile besitzt, die Teil-Primärteile sich alle Permanentmagneten teilen.
10. Schnittschlagdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärteil (46) eine Matrix (66) aus faserverstärktem Kunststoff aufweist, in der die Permanentmagnete (48) eingebettet sind.
11. Schnittschlagdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärteil (46) beidseits eine Führungsschiene (62) aufweist, mittels der das Sekundärteil (46) mittig zwischen den beiden Teil-Primärteilen (50.1 , 50.2) geführt ist.
12. Schnittschlagdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene (62) ferromagnetisch ist.
13. Schnittschlagdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich außerhalb der Führungsschiene (62) ein Wegmesssensor (72), insbesondere ein magnetischer Wegmesssensor (72), zum Messen einer Position (x) des Sekundärteils (46) relativ zum Primärteil (44) angeordnet ist.
14. Schnittschlagdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärteil (46) mehrere Zähne aufweist und eine Zahnkopfwicklung mit offener Nut (56) besitzt.
15. Schnittschlagdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärteil (46) sechs Spulen in der Reihenfolge +U, -U, -V, +V, +W, -W besitzt, die auf jeweils getrennte Zähne (54) wirken.
16. Schnittschlagdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne des Sekundärteils (46) eine Polteilung (τP) besitzen, und die Permanentmagnete eine Magnetteilung (TM) besitzen, wobei die Magnetteilung (τM) im Wesentlichen 6/7 der Polteilung entspricht.
17. Schnittschlagdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittschlagbeginn-Erfassungsvorrichtung einen Beschleunigungssensor (76) umfasst.
18. Schneidmaschine mit einer Schnittschlagdämpfungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schneidmaschine (10) eine Schnellläufer-Schneidmaschine ist, die ausgebildet ist für eine Hubfrequenz von mehr als 100 Hübe pro Minute.
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