EP2934831A1 - Schneidkopf für eine ultraschneidvorrichtung - Google Patents

Schneidkopf für eine ultraschneidvorrichtung

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Publication number
EP2934831A1
EP2934831A1 EP13795272.7A EP13795272A EP2934831A1 EP 2934831 A1 EP2934831 A1 EP 2934831A1 EP 13795272 A EP13795272 A EP 13795272A EP 2934831 A1 EP2934831 A1 EP 2934831A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cutting
cutting head
ultrasonic
axis
rotation
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Withdrawn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
EP13795272.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc-Christian HEILMEIER
Eva HONICKEL
Markus Huber
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP2934831A1 publication Critical patent/EP2934831A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26DCUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/08Means for treating work or cutting member to facilitate cutting
    • B26D7/086Means for treating work or cutting member to facilitate cutting by vibrating, e.g. ultrasonically
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26DCUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D3/00Cutting work characterised by the nature of the cut made; Apparatus therefor
    • B26D3/10Making cuts of other than simple rectilinear form
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T83/00Cutting
    • Y10T83/869Means to drive or to guide tool
    • Y10T83/8798With simple oscillating motion only

Definitions

  • the present invention relates to a cutting head for an ultrasonic cutting device and to an ultrasonic cutting device having such a cutting head.
  • Ultrasonic cutting devices are known in principle. They are e.g. used to cut semi-finished products for fiber composites. In particular, three-dimensionally complex geometries of fiber composite semi-finished products are cut to size at their edges. This trimming is often done by ultrasonic cutting devices, which have a robot mechanism. Such a robot mechanism, in particular a
  • Robotic arm may e.g. be designed to be movable up to six axes.
  • the cutting head is typically positioned to hold the
  • a disadvantage of known ultrasonic cutting devices is that very complex movements of the cutting head must be performed by the ultrasonic cutting device. Is e.g. a robot arm provided, so in complex geometries very large and wide-abrasive cutting movements must be performed. This leads to an increased space requirement in the preparation of such
  • Ultrasonic cutter Also disadvantageous in this case is that the expansive movement necessity of the ultrasonic cutting device is associated with a relatively high time requirement.
  • the time required for the tracking of the cutting head is crucial for the total time required.
  • An inventive cutting head for an ultrasonic cutting device has an ultrasonic system with a cutting blade and a sonotrode.
  • the ultrasonic cutting device is preferably designed in a known manner.
  • the cutting head may e.g. be arranged at one end of a robot arm of the ultrasonic cutting device.
  • the ultrasound system itself is also formed in a known manner. So it is provided with a cutting knife and a sonotrode, which perform the trimming together.
  • the cutting blade itself has at least one cutting edge, which performs the trimming directly. To extend the durability of the cutting edge of the cutting blade while reducing the speed of the cutting blade
  • this cutting blade is firmly connected to the sonotrode.
  • the sonotrode is designed to produce a high-frequency oscillation on the
  • This cutting movements or sawing movements in the micrometer range are generated at the cutting edge of the cutting blade. Now moves such a cutting blade of an ultrasound system with the cutting head for the trimming of a fiber composite semi-finished along the edge, so can be performed with increased life and also at increased speed of the edge trimming.
  • Cutting heads the ultrasound system rotatably mounted about a rotation axis.
  • rotation of the cutting edge of the cutting blade tracking of even complex geometries can be carried out at least partially by the rotation of the ultrasound system. If the tracking is given at complex geometries at least partially by a rotation of the ultrasound system, correspondingly a reduced tracking by a robot arm of
  • Cutting knife can be provided by the rotation of the ultrasound system. Accordingly, this portion reduces the necessary movement requirement for the robot arm of the ultrasonic cutting device.
  • the necessary movement of the cutting edge is thus divided into a movement by rotation of the ultrasound system and a movement by the ultrasonic cutting device or the robot arm.
  • Another advantage is the fact that the rotatability of the knife and the symmetrical shape of the cutting edge allow the knife to be rotated after each cut to ensure even cutting of the blades. This leads to a lifetime increase of the knife.
  • Ultrasonic cutting device also reduces the space required. As a result of the reduced movement, the processing time also decreases accordingly since the necessary movement by the robot arm can be carried out in a shorter time. It should be noted that a rotational movement of the ultrasound system itself due to the compact dimensions of the cutting head significantly faster and above all space-saving compared to a corresponding movement of the
  • Ultrasonic cutting device can be performed. Accordingly, a reduced cycle time and, in particular, at the same time a reduced necessary installation space for the ultrasonic cutting device is made possible by a cutting head according to the invention.
  • the rotational storage of the ultrasound system in particular the rotational storage of the cutting blade and its cutting edge is important.
  • the cutting blade and sonotrode are often firmly connected together to transmit the high-frequency vibration from the sonotrode to the cutting blade, preferably the entire Ultrasonic system rotatable about the axis of rotation storable. This further reduces the complexity of one of the necessary movements of the robotic arm.
  • the cutting blade may have one or more cutting edges. It is preferred that at least one of the cutting edges is arranged at an acute angle to the axis of rotation in order to further enhance the effect of the rotational movement of the ultrasound system
  • the cutting head may be formed with a mechanical interface or a differently shaped interface to from the
  • Ultrasonic cutting device to be grasped or attached to this.
  • Such an interface may e.g. be a standard mechanical interface, so that the
  • Cutting head can be gripped by a standard robot arm.
  • Ultrasonic cutting device is preferably provided at least with a robot device or a robot arm.
  • frequencies in the range of approximately 20 kHz are provided as an excitation for the ultrasound system.
  • the mounting of the ultrasound system is preferably arranged in a rotatable manner within a housing or a plate system of the cutting head.
  • a wide variety of storage systems or storage means can be used, as will be explained later.
  • the rotation around the rotation axis does not necessarily have to be arbitrary or free. Rather, it may be sufficient if a rotation is given by ⁇ 180 ° or even less. However, a rotation around substantially full 360 * is conceivable. Especially with regard to the necessary
  • the axis of rotation or the axis of rotation of the ultrasound system thus forms an additional axis of rotation. If the ultrasound cutting device has a robot arm with usually up to six axes of rotation, the axis of rotation of the ultrasound system also forms, as it were, a seventh axis of rotation.
  • a cutting head according to the invention can be further developed such that the ultrasound system has a booster for the conversion of an electrical oscillation into a mechanical oscillation.
  • a booster serves to convert an electrical oscillation, which is generated for example by a generator, into the necessary mechanical oscillation at the sonotrode.
  • the booster is preferably also part of the ultrasound system, so that the booster together with the sonotrode and let the cutting blade move about the axis of rotation.
  • the booster may have, for example, a piezo system which is able to convert incoming electrical oscillations into the desired mechanical vibrations.
  • the generator is preferably formed separately from the cutting head.
  • the generator can even be provided separately from the ultrasonic cutting device and, for example, be made available as a generator for a large number of different ultrasonic cutting devices.
  • the vibrations, which are generated by the booster in a mechanical manner, are preferably in the range of the natural frequency of the sonotrode and / or the cutting blade. This further improves the resulting frequency amplitude, so that an improvement in the cutting process can be achieved in the desired manner with an increased service life of the cutting blade.
  • the cutting blade has at least two cutting edges, which at an acute angle to
  • Rotation axis are arranged.
  • the provision of a cutting blade with at least two cutting edges doubles, so to speak, at least the number of cutting edges. These cutting edges are preferably aligned at different angles at an acute angle to the axis of rotation.
  • the flexibility in the use of the cutting blade can be further increased.
  • the necessary movement about the axis of rotation can be reduced so that e.g. a free rotation in the range of + 90 ° is sufficient. So, depending on the rotational position of the ultrasound system and more necessary today
  • the cutting blade is formed in the shape of a triangle, in particular in the form of an isosceles triangle. This reduces the cost and complexity of manufacturing a cutting blade according to the invention. If the cutting blade is in the form of an isosceles triangle, preferably the two same legs together form the two cutting edges.
  • the symmetrical design allows a particularly simple and above all substantially error-free insertion of the cutting blade on the sonotrode. This will be the
  • Cutting is currently in cutting engagement.
  • the two cutting edges are thus completely separated by the rotation axis.
  • the intersection of the extension of the two cutting is thus on the axis of rotation.
  • At least one interface in particular a mechanical interface for the connection to the ultrasonic cutting device and / or a media interface for the supply of the ultrasound system with media, is formed.
  • a mechanical interface is the attachment of the cutting head to the robot arm of an ultrasonic cutting device. This can e.g. be provided in a form-fitting manner.
  • the media interface is preferably formed via plug devices. Under the media supply is to be understood in particular the connection to the supply of electricity or similar media, including the ultrasonic frequency.
  • At least one drive device is provided which is designed for the movement of the ultrasound system about the rotation axis.
  • This drive device may e.g. an electric motor, in particular an electric stepper motor or a frequency converter. This is designed so small that it is part of the cutting head, it is arranged in particular within a housing of the cutting head.
  • the supply of this drive device is preferably carried out via the media interface already described.
  • the ultrasound system is mounted rotatably about the rotation axis via bearing means, in particular in the form of a roller bearing and / or a sliding bearing.
  • bearing means in particular in the form of a roller bearing and / or a sliding bearing.
  • Rolling and plain bearings are particularly cost-effective embodiments of such storage means.
  • the storage is preferably carried out in a housing of the cutting head or a corresponding bearing plate of the cutting head. It may also be advantageous if, in the case of a cutting head according to the invention, at least one drag connection is provided around the rotatably mounted one
  • This drag connection is provided at one end with the ultrasound system and at the other end with a plug connection, wherein the plug connection preferably forms the media interface.
  • the towing connection thus allows a relative to the cutting head connection in the form of
  • the mobility of the towing connection is preferably adapted to the maximum angle of rotation of the ultrasound system relative to its axis of rotation.
  • a further advantage is achieved if, in the case of a cutting head according to the invention, a parallel offset is formed between the axis of rotation and a connection axis to the ultrasonic cutting device, in particular a connection axis of the mechanical interface.
  • the mechanical interface is implemented for connection to a robot arm, the spacing in parallel can offer greater freedom in performing the trimming.
  • the connection axis is preferably also a rotation axis, e.g. the sixth axis of a robotic arm.
  • an ultrasonic cutting device comprising a cutting arm and at least one cutting head, which on the
  • Cutting arm is attached.
  • An ultrasonic cutting device according to the invention is characterized in that the cutting head is designed in accordance with the invention.
  • an ultrasonic cutting device brings about the same advantages as have been explained in detail with reference to a cutting head according to the invention.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a cutting head according to the invention
  • Fig. 2 shows an embodiment of an ultrasonic cutting device according to the invention.
  • a first embodiment of a cutting head 10 is shown.
  • This has an ultrasound system 20.
  • the ultrasound system 20 is designed with a cutting blade 22 and a rod-shaped So notrode 24.
  • a booster 26 is provided which is capable of generating an electrically generated or incoming vibration, e.g. in the form of a piezo system, to convert it into a mechanical oscillation for the sonotrode 24.
  • the cutting blade 22 is substantially as
  • isosceles triangles are formed by two cutting edges 22a and 22b.
  • the tip S of this isosceles triangle lies on the axis of rotation R, about this axis of rotation R, the entire ultrasound system 20 is rotatably mounted on the cutting head 10.
  • a drive device 40 is provided. This is e.g. in
  • the cutting head 10 of this embodiment has an interface 30 in the form of a mechanical interface. At this one can not be shown
  • Robot arm of an ultrasonic cutting device 100 attack.
  • FIG. 2 shows an embodiment of an ultrasonic cutting device 100 according to the invention. It is provided with a robot arm in the form of a cutting arm 110. At the end of this cutting arm 110, a cutting head 10 is arranged with a cutting blade 20. In this case, this cutting head is preferably formed, as shown in FIG. 1.
  • this cutting head is preferably formed, as shown in FIG. 1.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schneidkopf (10) für eine Ultraschallschneidvorrichtung (100), aufweisend ein Ultraschallsystem (20) mit einem Schneidmesser (22) und einer Sonotrode (24), dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallsystem (20) drehbar um eine Rotationsachse (R) gelagert ist.

Description

Beschreibung
Schneidkopf für eine Ultraschneidvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schneidkopf für eine Ultraschallschneidvorrichtung sowie eine Ultraschallschneidvorrichtung mit einem solchen Schneidkopf.
Ultraschallschneidvorrichtungen sind grundsätzlich bekannt. Sie werden z.B. eingesetzt, um Halbzeuge für Faserverbundwerkstoffe zuzuschneiden. Dabei werden insbesondere dreidimensional komplexe Geometrien von Faserverbundhalbzeugen an ihrem Rand zugeschnitten. Dieser Beschnitt erfolgt häufig durch Ultraschallschneidvorrichtungen, welche eine Robotermechanik aufweisen. Eine solche Robotermechanik, insbesondere ein
Roboterarm, kann z.B. um bis zu sechs Achsen bewegbar ausgelegt sein. Am Ende eines solchen Roboterarms ist typischerweise der Schneidkopf angeordnet, um den
Beschnittvorgang durchzufuhren.
Nachteilhaft bei bekannten Ultraschallschneidvorrichtungen ist es, dass sehr aufwendige Bewegungsverläufe von dem Schneidkopf durch die Ultraschallschneidvorrichtung durchgeführt werden müssen. Ist z.B. ein Roboterarm vorgesehen, so müssen bei komplexen Geometrien sehr große und weitschleifende Schneidbewegungen durchgeführt werden. Dies führt zu einem erhöhten Platzbedarf bei der Aufstellung einer solchen
Ultraschallschneidvorrichtung. Auch nachteiihaft dabei ist es, dass die raumgreifende Bewegungsnotwendigkeit der Ultraschalischneidvorrichtung mit einem relativen hohen Zeitbedarf einhergeht. Bei der Durchführung des Schneidvorgangs an einem Halbzeug, z.B. in Form eines Faserverbundhalbzeugs, ist jedoch der Zeitaufwand für die Nachführung des Schneidkopfes entscheidend für den gesamten Zeitbedarf. Somit führen der erhöhte Bewegungsbedarf und damit der vergrößerte Zeitbedarf zu einer Verlängerung der
Taktzeiten bei der Durchführung des Beschnittes. Darüber hinaus wird durch den erhöhten Bewegungsbedarf für den Roboterarm der Ultraschalischneidvorrichtung auch eine erhöhte Beanspruchung der einzelnen Gelenke sowie ein erhöhter Verschleiß eines Schlauchpakets, zur Medienversorgung entlang des Roboterarms erzielt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schneidkopf für eine Ultraschalischneidvorrichtung sowie eine solche
Ultraschalischneidvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche in kostengünstiger und einfacher Weise einen reduzierten Platzbedarf und/oder eine verringerte Bearbeitungszeit für den Beschnitt von Faserverbundhalbzeugen ermöglichen.
Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein einen Schneidkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Ultraschallschneidvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im
Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Schneidkopf beschrieben sind,
selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen
Ultraschallschneidvorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Ein erfindungsgemäßer Schneidkopf für eine Ultraschallschneidvorrichtung weist ein Ultraschaltsystem mit einem Schneidmesser und einer Sonotrode auf. Ein
erfindungsgemäßer Schneidkopf zeichnet sich dadurch aus, dass das Ultraschallsystem drehbar um eine Rotationsachse gelagert ist
Die Ultraschallschneidvorrichtung ist dabei vorzugsweise in bekannter Art ausgeführt. Der Schneidkopf kann z.B. an einem Ende eines Roboterarms der Ultraschallschneidvorrichtung angeordnet werden. Dabei ist das Ultraschallsystem selbst ebenfalls in bekannter Weise ausgebildet. So ist es mit einem Schneidmesser und einer Sonotrode versehen, welche gemeinsam den Beschnitt durchführen. Das Schneidmesser selbst weist dabei wenigstens eine Schneide auf, welche den Beschnitt direkt durchführt. Um die Haltbarkeit der Schneide des Schneidmessers zu verlängern und gleichzeitig die Geschwindigkeit des
Schneidvorgangs zu verbessern, ist dieses Schneidmesser mit der Sonotrode fest verbunden. Die Sonotrode ist ausgebildet, um eine hochfrequente Schwingung am
Schneidmesser und an sich selbst zu erzeugen. Mit anderen Worten wird das
Schneidmesser durch die hochfrequente Schwingung der Sonotrode ebenfalls in
Schwingung versetzt. Damit werden Schneidbewegungen bzw. Sägebewegungen im Mikrometerbereich an der Schneide des Schneidmessers erzeugt. Bewegt sich nun ein solches Schneidmessers eines Ultraschallsystems mit dem Schneidkopf für den Beschnitt eines Faserverbundhalbzeugs an dessen Rand entlang, so kann mit erhöhter Standzeit und auch mit erhöhter Geschwindigkeit der Randbeschnitt durchgeführt werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Schneidkopf ist jedoch im Vergleich zu bekannten
Schneid köpfen das Ultraschallsystem drehbar um eine Rotationsachse gelagert. Das bedeutet, dass eine, insbesondere aktive, Rotation des Ultraschallsystems und damit vor allem der Schneide des Schneidmessers erfolgen kann. Durch eine Rotation der Schneide des Schneidmessers kann ein Nachführen auch komplexer Geometrien zumindest teilweise durch die Rotation des Ultraschallsystems erfolgen. Sofern die Nachführung bei komplexen Geometrien zumindest teilweise durch eine Rotation des Ultraschallsystems gegeben ist, reicht dementsprechend ein reduziertes Nachführen durch einen Roboterarm der
Ultraschallschneidvorrichtung aus.
Es kann zusammengefasst werden, dass mit einem erfindungsgemäßen Schneidkopf zumindest ein Teil der notwendigen Bewegung während des Randbeschnitts für das
Schneidmesser durch die Rotation des Ultraschallsystems zur Verfügung gestellt werden kann. Dementsprechend reduziert sich um diesen Anteil der notwendige Bewegungsbedarf für den Roboterarm der Ultraschallschneidvorrichtung. Die notwendige Bewegung der Schneide teilt sich also auf in eine Bewegung durch Rotation des Ultraschallsystems und eine Bewegung durch die Ultraschallschneidvorrichtung bzw. den Roboterarm.
Dementsprechend wird der notwendige Bewegungsbedarf seitens eines Roboterarms der Ultraschallschneidvorrichtung deutlich reduziert. Ein weiterer Vorteil ist die Tatsache, dass durch die Drehbarkeit des Messers und die symmetrische Schneidenform das Messer nach jedem Schnitt gedreht werden kann, um eine gleichmäßige Abnutzung der Schneiden zu erreichen. Dies führt zu einer Standzeiterhöhung des Messers.
Durch die Reduktion der Bewegungsnotwendigkeit eines Roboterarms der
Ultraschallschneidvorrichtung wird auch der notwendige Platzbedarf reduziert. Durch die reduzierte Bewegung verringert sich dementsprechend auch die Bearbeitungszeit, da die notwendige Bewegung durch den Roboterarm in geringerer Zeit durchgeführt werden kann. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass eine Rotationsbewegung des Ultraschallsystems selbst aufgrund der kompakten Abmessungen des Schneidkopfes deutlich schneller und vor allem platzsparend im Vergleich zu einer entsprechenden Bewegung der
Ultraschallschneidvorrichtung durchgeführt werden kann. Dementsprechend wird durch einen erfindungsgemäßen Schneidkopf eine reduzierte Taktzeit und insbesondere auch gleichzeitig ein verringerter notwendiger Bauraum für die Ultraschallschneidvorrichtung möglich.
Bei der rotatorischen Lagerung des Ultraschallsystems ist insbesondere die rotatorische Lagerung des Schneidmessers und dessen Schneide wichtig. Da jedoch Schneidmesser und Sonotrode häufig fest miteinander verbunden sind, um die hochfrequente Schwingung von der Sonotrode auf das Schneidmesser zu übertragen, ist vorzugsweise das gesamte Ultraschallsystem drehbar um die Rotationsachse lagerbar. Dies reduziert die Komplexität eines der notwendigen Bewegung des Roboterarms weiter.
Dabei kann das Schneidmesser eine oder auch mehrere Schneiden aufweisen. Es ist bevorzugt, dass zumindest eine der Schneiden spitzwinklig zur Rotationsachse angeordnet ist, um den Effekt der rotatorischen Bewegung des Ultraschallsystems noch weiter zu verstärken
Selbstverständlich kann der Schneidkopf mit einer mechanischen Schnittstelle oder einer andersartig gestalteten Schnittstelle ausgebildet sein, um von der
Ultraschailschneidvorrichtung gegriffen bzw. an dieser befestigt zu werden. Eine solche Schnittstelle kann z.B. eine mechanische Standardschnittstelle sein, so dass der
Schneidkopf von einem Standardroboterarm gegriffen werden kann. Die
Ultraschailschneidvorrichtung ist dabei vorzugsweise zumindest mit einer Robotervorrichtung bzw. einem Roboterarm versehen.
Als Anregung für das Ultraschallsystem sind insbesondere Frequenzen im Bereich von ca. 20 kHz vorgesehen. Die Lagerung des Ultraschallsystems ist vorzugsweise in drehbarer Weise innerhalb eines Gehäuses oder eines Plattensystems des Schneidkopfes angeordnet. Dabei können unterschiedlichste Lagerungssysteme bzw. Lagermittel eingesetzt werden, wie dies später noch erläutert wird. Die Drehbarkeit um die Rotationsachse muss dabei nicht zwangsläufig beliebig bzw. frei sein. Vielmehr kann es ausreichen, wenn eine Drehbarkeit um ± 180° oder sogar noch weniger gegeben ist. Jedoch ist auch eine Drehbarkeit um im Wesentlichen volle 360* denkbar. Insbesondere mit Bezug auf die notwendige
Medien Versorgung (insbesondere die Stromversorgung) des Ultraschallsystems, kann eine reduzierte Drehbarkeit in einem vordefinierten Drehbereich Vorteile mit sich bringen. Die Drehachse bzw. die Rotationsachse des Ultraschallsystems bildet also eine zusätzliche Rotationsachse. Weist die Ultraschailschneidvorrichtung einen Roboterarm mit üblicherweise bis zu sechs Drehachsen auf, so bildet die Rotationsachse des Ultraschallsystems sozusagen zusätzlich eine siebte Drehachse aus.
Ein erfindungsgemäßer Schneidkopf kann dahingehend weitergebildet werden, dass das Ultraschallsystem einen Booster für die Umwandlung einer elektrischen Schwingung in eine mechanische Schwingung aufweist. Ein solcher Booster dient dazu, eine elektrische Schwingung, welche z.B. von einem Generator erzeugt wird, in die notwendige mechanische Schwingung an der Sonotrode umzuwandeln. Somit ist der Booster vorzugsweise ebenfalls Bestandteil des Ultraschallsystems, so dass sich der Booster gemeinsam mit der Sonotrode und dem Schneidmesser um die Rotationsachse bewegen lässt. Der Booster kann z.B. ein Piezosystem aufweisen, welches in der Lage ist ankommende elektrische Schwingungen in die gewünschten mechanischen Schwingungen umzuwandeln. Dabei ist der Generator vorzugsweise separat vom Schneidkopf ausgebildet. Insbesondere kann der Generator sogar separat von der Ultraschallschneidvorrichtung vorgesehen werden und z.B. für eine Vielzahl unterschiedlicher Ultraschallschneidvorrichtungen als Generator zur Verfügung gestellt werden. Die Schwingungen, welche vom Booster in mechanischer Weise erzeugt werden, liegen dabei vorzugsweise im Bereich der Eigenfrequenz der Sonotrode und/oder des Schneidmessers. Dies verbessert die entstehende Frequenzamplitude noch weiter, so dass in gewünschter Weise eine Verbesserung des Schneidvorgangs bei erhöhter Standzeit des Schneidmessers erzielt werden kann.
Ebenfalls vorteilhaft kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Schneidkopf das Schneidmesser wenigstens zwei Schneiden aufweist, welche spitzwinklig zur
Rotationsachse angeordnet sind. Das Vorsehen eines Schneidmessers mit zumindest zwei Schneiden verdoppelt sozusagen mindestens die Anzahl der Schneiden. Diese Schneiden sind vorzugsweise mit unterschiedlichem Winkel spitzwinklig zur Rotationsachse ausgerichtet. Damit kann die Flexibilität beim Einsatz des Schneidmessers noch weiter erhöht werden. Insbesondere kann die notwendige Bewegung um die Rotationsachse reduziert werden, so dass z.B. eine freie Drehbarkeit im Bereich von + 90° ausreicht. So kann je nach Rotationsposition des Ultraschallsystems und aktueller notwendiger
Positionierung der Schneide sowohl die eine als auch die andere der beiden Schneiden eingesetzt werden. Selbstverständlich sind jedoch auch mehr als zwei, z.B. drei oder noch mehr Schneiden im Sinne der vorliegenden Erfindung denkbar.
Ebenfalls vorteilhaft kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Schneidkopf gemäß dem voranstehenden Absatz das Schneidmesser in Form eines Dreiecks, insbesondere in Form eines gleichschenkligen Dreiecks ausgebildet ist. Dies reduziert den Kostenaufwand sowie die Komplexität bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Schneidmessers. Ist das Schneidmesser in Form eines gleichschenkligen Dreiecks ausgebildet, so bilden vorzugsweise die beiden gleichen Schenkel gemeinsam die beiden Schneiden aus. Die symmetrische Ausbildung erlaubt ein besonders einfaches und vor allem im Wesentlichen fehlerfreies Einsetzen des Schneidmessers an der Sonotrode. Damit wird die
Fehleranfälligkeit bei der Nachrüstung bzw. Wartung eines erfindungsgemäßen
Schneidkopfes reduziert. Ein weiterer Vorteil wird erzielt, wenn bei einem erfindungsgemäßen Schneidkopf die Spitze zwischen den beiden Schneiden auf oder im Wesentlichen auf der Rotationsachse liegt. Damit wird ebenfalls eine Reduktion der Komplexität eines erfindungsgemäßen
Schneidkopfes erzielt. Insbesondere erfolgt eine Weitergabe der mechanischen Schwingung auf beide Schneiden des Schneidkopfes in gleicher Weise. Bei der Regelung des
Schneidvorgangs muss somit nicht mehr unterschieden werden, welche der beiden
Schneiden momentan im Schneideingriff steht. Die beiden Schneiden sind also komplett durch die Rotationsachse getrennt. Der Schnittpunkt der Verlängerung der beiden Schneiden liegt also auf der Rotationsachse.
Ebenfalls von Vorteil ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Schneidkopf zumindest eine Schnittstelle, insbesondere eine mechanische Schnittstelle für die Anbindung an die Ultraschallschneidvorrichtung und/oder eine Medienschnittstelle für die Versorgung des Ultraschallsystems mit Medien, ausgebildet ist. Eine solche Schnittstelle erlaubt die Anbindung insbesondere an bereits bestehende Ultraschallschneidvorrichtungen bzw. an bekannte Roboterarme. Eine mechanische Schnittstelle ist dabei die Befestigung des Schneidkopfes an dem Roboterarm einer Ultraschallschneidvorrichtung. Dies kann z.B. in formschlüssiger Weise zur Verfügung gestellt werden. Die Medienschnittstelle ist vorzugsweise über Steckvorrichtungen ausgebildet. Unter der Medienversorgung ist dabei insbesondere die Verbindung zur Versorgung mit Strom oder ähnlichen Medien, darunter auch der Ultraschallfrequenz, zu verstehen.
Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Schneidkopf zumindest eine Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, welche für die Bewegung des Ultraschallsystems um die Rotationsachse ausgebildet ist. Diese Antriebsvorrichtung kann z.B. ein Elektromotor, insbesondere ein elektrischer Schrittmotor oder ein Frequenzumrichter sein. Dieser ist so klein ausgestaltet, dass er Teil des Schneid köpf es ist, insbesondere innerhalb eines Gehäuses des Schneidkopfes angeordnet ist. Die Versorgung dieser Antriebsvorrichtung erfolgt vorzugsweise über die bereits beschriebene Medienschnittstelle.
Ebenfalls von Vorteil ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Schneidkopf das Ultraschallsystem über Lagermittel, insbesondere in Form eines Wälzlagers und/oder eines Gleitlagers, drehbar um die Rotationsachse gelagert ist. Wälzlager und Gleitlager sind dabei besonders kostengünstige Ausführungsformen solcher Lagermittel. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Lagermittel im Sinne der vorliegenden Erfindung denkbar. Die Lagerung erfolgt dabei vorzugsweise in einem Gehäuse des Schneidkopfes oder einer entsprechenden Lagerplatte des Schneidkopfes. Ebenfalls vorteilhaft kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Schneidkopf zumindest eine Schleppverbindung vorgesehen ist, um das drehbar gelagerte
Ultraschallsystem mit Medien zu versorgen. Diese Schleppverbindung ist an einem Ende mit dem Ultraschallsystem und am anderen Ende mit einer Steckverbindung vorgesehen, wobei die Steckverbindung vorzugsweise die Medienschnittstelle ausbildet. Die Schleppverbindung erlaubt also einen relativ zum Schneidkopf stehenden Anschluss in Form der
Medienschnittstelle und einen relativ dazu rotierenden Anschluss an das Ultraschallsystem. So kann z.B. eine Kabelkanalkette zur Verfügung gestellt werden, welche die
Schleppverbindung ausbildet. Dabei ist die Beweglichkeit der Schleppverbindung vorzugsweise an den maximalen Drehwinkel des Ultraschallsystems relativ zu dessen Rotationsachse angepasst.
Ein weiterer Vorteil wird erzielt, wenn bei einem erfindungsgemäßen Schneidkopf zwischen der Rotationsachse und einer Anbindungsachse an die Ultraschallschneidvorrichtung, insbesondere eine Anbindungsachse der mechanischen Schnittstelle, ein Parallelversatz ausgebildet ist. Das bedeutet, dass Rotationsachse und Anbindungsachse nicht koaxial zueinander liegen. Ist die mechanische Schnittstelle zur Anbindung an einen Roboterarm durchgeführt, so kann die Beabstandung in paralleler Weise eine größere Freiheit bei der Durchführung der Beschneidung bieten. Die Anbindungsachse ist dabei vorzugsweise ebenfalls eine Rotationsachse, z.B. die sechste Achse eines Roboterarms.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Ultraschallschneidvorrichtung, aufweisend einen Schneidarm und zumindest einen Schneidkopf, welcher an dem
Schneidarm befestigt ist. Eine erfindungsgemäße Ultraschallschneidvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Schneidkopf in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet ist.
Dementsprechend bringt eine erfindungsgemäße Ultraschallschneidvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf einen erfindungsgemäßen Schneidkopf erläutert worden sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schneidkopfes und Fig. 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ultraschallschneidvorrichtung.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schneidkopfes 10 dargestellt. Dieser weist ein Ultraschallsystem 20 auf. Das Ultraschallsystem 20 ist mit einem Schneidmesser 22 und einer stabförmigen So notrode 24 ausgeführt. Darüber hinaus ist ein Booster 26 vorgesehen, welcher in der Lage ist, eine elektrisch erzeugte bzw. ankommende Schwingung, z.B. in Form eines Piezosystems, in eine mechanische Schwingung für die Sonotrode 24 umzuwandeln.
Bei dieser Ausführungsform ist das Schneidmesser 22 im Wesentlichen als
gleichschenkliges Dreieck ausgebildet. Die beiden gleichen Schenkel dieses
gleichschenkligen Dreiecks werden durch zwei Schneiden 22a und 22b gebildet. Dabei liegt die Spitze S dieses gleichschenkligen Dreiecks auf der Rotationsachse R, Um diese Rotationsachse R ist das gesamte Ultraschallsystem 20 drehbar am Schneidkopf 10 gelagert.
Um die Drehbarkeit um die Rotationsachse R aktiv zur Verfügung und insbesondere auch regeln zu können, ist eine Antriebsvorrichtung 40 vorgesehen. Diese ist z.B. in
elektromotorischer Weise ausgebildet und dementsprechend drehmomentübertragend mit dem Ultraschallsystem 20 verbunden.
Darüber hinaus weist der Schneidkopf 10 dieser Ausführungsform eine Schnittstelle 30 in Form einer mechanischen Schnittstelle auf. An dieser kann ein nicht dargestellter
Roboterarm einer Ultraschallschneidvorrichtung 100 angreifen. Dabei erfolgt gleichzeitig die Möglichkeit der Rotation um diese mechanische Schnittstelle 30, also um eine
entsprechende Anbindungsachse A. Wie der Fig. 1 gut zu entnehmen ist, liegt ein paralleler Versatz vor zwischen der Rotationsachse R und der Anbindungsachse A. Bei Rotation auf Basis dieses parallelen Versatzes kann dementsprechend eine höhere Flexibilität beim Einsatz für einen Beschneidungsvorgang erzielt werden.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ultraschallschneidvorrichtung 100. Diese ist mit einem Roboterarm in Form eines Schneidarms 110 versehen. Am Ende dieses Schneidarms 110 ist ein Schneidkopf 10 mit einem Schneidmesser 20 angeordnet. Dabei ist dieser Schneidkopf vorzugsweise ausgebildet, wie es die Fig. 1 zeigt. Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
10 Schneidkopf
20 Ultraschallsystem
22 Schneidmesser
22a Schneide
22b Schneide
24 Sonotrode
26 Booster
30 Schnittstelle
40 Antriebsvorrichtung
100 U Itraschallschneidvorrichtung
1 10 Schneidarm
A Anbindungsachse
R Rotationsachse
S Spitze

Claims

Patentansprüche
1. Schneidkopf (10) für eine Ultraschallschneidvorrichtung (100), aufweisend ein
Ultraschallsystem (20) mit einem Schneidmesser (22) und einer Sonotrode (24), dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallsystem (20) drehbar um eine Rotationsachse (R) gelagert ist.
2. Schneidkopf (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Ultraschallsystem (20) einen Booster (26) für die die Umwandlung einer elektrischen Schwingung in eine mechanische Schwingung aufweist.
3. Schneidkopf (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Schneidmesser (22) wenigstens zwei Schneiden (22a, 22b) aufweist, welche spitzwinklig zur Rotationsachse (R) angeordnet sind.
4. Schneidkopf (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das
Schneidmesser (22) in Form eines Dreiecks, insbesondere in Form eines gleichschenkligen Dreiecks, ausgebildet ist.
5. Schneidkopf (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (S) zwischen den beiden Schneiden (22a, 22b) auf oder im Wesentlichen auf der Rotationsachse (R) liegt.
6. Schneidkopf (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest eine Schnittstelle (30), insbesondere eine mechanische Schnittstelle für die Anbindung an die Ultraschallschneidvorrichtung (100) und/oder eine Medienschnittstelle für die Versorgung des Ultraschallsystems (20) mit Medien, ausgebildet ist.
7. Schneidkopf (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest eine Antriebsvorrichtung (40) vorgesehen ist, welche für die Bewegung des Uitraschallsystems (20) um die Rotationsachse (R) ausgebildet ist.
8. Schneidkopf (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallsystem (20) über Lagermittel, insbesondere in Form eine Wälzlagers und/oder eines Gleitlagers, drehbar um die Rotationsachse (R) gelagert ist.
9. Schneidkopf (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekonnzeichnet, dass zumindest eine Schleppverbindung vorgesehen ist, um das drehbar gelagerte Ultraschallsystem (20) mit Medien zu versorgen.
10. Schneidkopf (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen der Rotationsachse (R) und einer Anbindungsachse (A) an die Ultraschallschneidvornchtung (100), insbesondere einer Anbindungsachse (A) der mechanischen Schnittstelle, ein paralleler Versatz ausgebildet ist.
11. Ultraschallschneidvorrichtung (100), aufweisend einen Schneidarm (110) und
zumindest einen Schneidkopf (10), welcher an dem Schneidarm (1 0) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkopf (10) die Merkmale eines der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
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