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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Einbringen eines Schwächungsschnittes
in ein Werkstück
mit einem Werkzeug gemäß den Oberbegriffen
der Ansprüche 1,
3 und 8.
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Für bestimmte
Anwendungsbereiche ist es erforderlich, in Werkstücken, beispielsweise
in flächigen
Elementen, Schwächungsschnitte
einzubringen. Diese können
beispielsweise eine Sollbruchstelle definieren. Ein Anwendungsbereich
ist bei der Herstellung von Armaturenbrettern mit einem integrierten Airbag
im Kraftfahrzeugbereich gegeben. Beim Auslösen des Airbags wird das Armaturenbrett
an den Schwächungsstellen
aufgebrochen, so dass der Airbag austreten kann. Unter den in der
vorliegenden Anmeldung verwendeten Begrifflichkeiten wie Werkstück, Folie,
Haut etc. sind zumeist flächige
Werkstücke
zu verstehen, bei denen es Ziel ist, das Material an einer Seite
so einzuschneiden, dass mit einer definierten Restwandstärke unabhängig von
ggf. örtlich schwankenden
Gesamtwandstärken
sowie Toleranzen eine vorgegebene Schwächung entsteht. Auf der anderen
Seite des Produktes ist diese Materialschwächung in der Regel nicht zu
erkennen. Gerade bei der Einbringung von Schwächungsschnitten in Automobil-Armaturenbrettern
mit integrierten Airbags, die als Sicherheitsbauteile anzusehen
sind, ist eine hohe Genauigkeit des Schnittes bzw. der Restwandstärke von
signifikanter Bedeutung.
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Eine
bekannte Vorrichtung zur Einbringung solcher Schwächungsschnitte
ist beispielsweise der nachveröffentlichten
DE 10 2006 034 287 zu
entnehmen. Darin ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der mit einer
Schneidvorrichtung, beispielsweise einem Schneidmesser, ein Werkstück entlang
einer vorgegebenen Linie eingeschnitten wird. Dabei stützt sich das
Werkstück
gegen einen Auflagetisch bzw. ein Auflager ab. Die Schwächung wird
insbesondere durch die relative Bewegung des Schneidmessers und der
definierten Beabstandung der Spitze des Schneidmessers zum Auflagetisch
oder Auflager erreicht. In einer Ausführungsform ist ein Drucksensor vorgesehen,
mit der die Kraft, mit welcher das Werkstück gegen das Auflager gedrückt wird,
ermittelt wird. In der Regel wird bei den darin dargestellten Ausführungsformen
der Abstand zwischen Auflager und Schneidmesser konstant gehalten.
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Es
hat sich jedoch insbesondere bei der Schwächung von flexibleren Materialien
herausgestellt, dass auch durch eine genaue Einstellung des Abstandes
von Schneidmesserspitze zum Auflager keine genaue Restwandstärke in gewünschter
Weise sichergestellt werden kann. Beim Schwächen von vergleichsweise unflexiblen
Materialien entspricht der Abstand zwischen der Werkzeugspitze und
einem Werkstück-Gegenlager (nachfolgend
auch „Auflager” genannt)
nahezu identisch der resultierenden Restmaterialstärke. Dies
ist beispielsweise in 3 dargestellt. So taucht bei
einem unflexiblen Material das Schneidwerkzeug 50 in das
Werkstück
ein, und zwar so weit, dass dessen Spitze um den Abstand a von dem
Auflager 56 beabstandet ist. Nach dem Zurückziehen
des Werkzeugs stellt man fest, dass dieser Abstand a auch gleichzeitig
der Restmaterialstärke
entspricht.
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Mit
ansteigender Flexibilität,
Kompressibilität bzw.
Elastizität
des zu schwächenden
oder schneidenden Materials wird dieses jedoch durch die wirkenden
Bearbeitungskräfte
unter dem Werkzeug elastisch deformiert und komprimiert. Dieser
Vorgang ist in 4, linker Teil, dargestellt.
Wiederum ist die Werkzeugspitze einen Abstand a vom Auflager 56 entfernt.
Die resultierende Restwandstärke
b nach Entfernen des Werkzeugs 50 liegt jedoch über dem eigentlich
eingestellten Abstand a, so dass die tatsächliche Restwandstärke b von
der geforderten Restwandstärke
a abweicht.
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Um
die geforderte Restwandstärke
zu erhalten, wird der einzustellende Abstand zwischen der Werkzeugspitze
und dem Auflager derzeit durch Versuche ermittelt, bis das gewünschte Ergebnis
vorliegt. Jedoch kann die in der
DE
10 2006 034 287 angegebene Einstellung des Abstandes von
Werkzeugspitze und Gegenlager Kompressionseffekte weder erfassen
noch ausgleichen.
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Die
Komprimierung eines elastischen Werkstücks hängt dabei von der Gesamtmaterialdicke
und den Materialeigenschaften, wie der Materialhärte, ab, sowie insbesondere
auch von einem etwaigen Werkzeugverschleiß.
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Ein
gattungsfremde Vorrichtung zur Durchtrennung von auf Metallplatten
aufgebrachten Folien ist aus der
US
4,624,169 bekannt. Dabei wird ein Schneidwerkzeug gegen
ein starres Werkstück,
bestehend aus einer mit einer Folie überzogenen Metallplatte gedrückt, wobei
das Werkstück
in einer Halterung lösbar
gehalten aufgenommen ist. Um die Folie sicher und vollständig zu
durchtrennen, jedoch weder das Schneidwerkzeug noch die Metallplatte
zu verletzen, wird der Druck, mit dem das Schneidwerkzeug gegen
das Werkstück,
insbesondere das Metall drückt,
kontinuierlich ermittelt und eine ausreichende Kraft eingestellt.
Diese Vorrichtung ist jedoch zur Einbringung von präzisen Schwächungsschnitten
mit einer vorgegebenen Restwandstärke in elastische, komprimierbare
Materialien nicht geeignet.
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Aus
der
JP 02221134 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schneiden von Glas bekannt. Auch
hier wird die Kraft ermittelt, mit der der Glasschneider gegen das
Glas drückt,
so dass Unebenheiten und unterschiedliche Dicken beim Verfahren des
Glasschneiders über
das Glas ausgeglichen werden können.
Auch mit dieser Vorrichtung ist jedoch eine Einbringung von Schwächungsschnitten
in elastische, komprimierbare Materialien nicht möglich.
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Aus
der
WO02/064330 A1 ist
ein Verfahren zum Schneiden beschichteter Folien bekannt, die bei Druckprozessen
verwendet werden. Bei diesen Folien ist eine flexible Schicht auf
eine Trägerschicht
aufgebracht. Eine Schneidvorrichtung mit einem Messer wird verwendet,
um eine Deckschicht auszuschneiden. Bei diesem Verfahren wir eine
Steuerung verwendet, in der grafischen Schnittdaten gespeichert sind.
Die Steuerung generiert entsprechende Steuersignale zum Betrieb
der Schneidvorrichtung. Alternativ kann auch ein Drucksignal zum
Steuern verwendet werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine eingangs genannte Vorrichtung
bzw. ein eingangs genanntes Verfahren anzugeben, bei der die gewünschte Schwächung bzw.
eine vorgegebene Restwandstärke
auch bei einem elastischen, komprimierbaren Material genau hergestellt
werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1, 3 und 8 angegebenen
Merkmale verfahrensmäßig bzw.
vorrichtungsmäßig gelöst.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Schwankungen
in Materialdicke, Materialeigenschaften oder ein zunehmender Werkzeugverschleiß unmittelbar
auf die auftretenden Kräfte zwischen
Werkzeug und Werkstück
auswirken. In Abhängigkeit
von der Materialdicke, der Materialeigenschaft, den Prozessparametern
(insbesondere Vorschubgeschwindigkeit) und dem Werkzeugverschleiß wird nämlich das
Werkstück
mehr oder weniger unter dem Werkzeug komprimiert und bildet abhängig davon
eine bestimmte Restwandstärke
aus. Die oben genannten Einflussgrößen können mit Ausnahme des Werkzeugverschleißes nahezu
konstant gehalten werden. Hinsichtlich eines unterschiedlichen verschlissenen
Werkzeuges wurde festgestellt, dass sich die Kräfte und die resultierende Restwandstärke bei
ansonsten unveränderten
Bedingungen deutlich ändern.
Dies geht aus 5 hervor, in welcher der Unterschied
in der Kraft, die zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück wirken,
bei einem neuen Werkzeug einerseits und einem alten Werkzeug andererseits,
zu erkennen ist. Die Kraft bei einem neuen Werkzeug liegt bei diesem
Beispiel im Bereich von 1,5 bis 2 N. Die Kraft bei einem alten Werkzeug
ist mehr als doppelt so hoch wie die Kraft beim neuen Werkzeug und
bewegt sich zwischen 4 und 5,5 N.
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Ein
Gedanke der vorliegenden Erfindung ist daher darin zu sehen, dass
durch die Integration eines Kraft- oder Drucksensors zur kontinuierlichen oder
diskreten Erfassung der wirkenden Prozesskräfte zwischen dem Werkzeug und
dem Werkstück
oder dem Werkzeug und dem Gegenlager eine Aussage über eine
Veränderung
in der Materialdicke, der Materialeigenschaften und/oder einem Werkzeugverschleiß getroffen
werden kann.
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So
wird gemäß einer
Ausführungsform
des Verfahrens die Kraft ermittelt, mit der das Werkzeug beispielsweise
beim Schwächungs-
oder Schneidvorgang gegen das Werkstück drückt. Diese Kraft wird mit einer
vorgegebenen Kraft verglichen, und auf dieser Basis kann eine Information
erzeugt werden, die angibt, ob die so ermittelte Kraft innerhalb
vorgegebener Grenzen zu einem vorgegebenen Kraftwert liegt. Aus
dieser Aussage kann man in der Regel ableiten, ob der gerade durchgeführte Prozessschritt
in Ordnung ist oder eine Störung
oder Abnormalität
vorliegt.
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Die
ermittelten Informationen können
beispielsweise für
einen Bediener sichtbar gemacht werden, so dass das Bedienpersonal
diese Informationen überprüfen kann.
Dabei wird diese Informationen einer Regel- und Steuereinrichtung
zur Verfügung
gestellt. Diese kann in Abhängigkeit
davon die Tiefeneinstellung des Werkzeugs regeln oder angeben, wann
ein Werkzeug zu erneuern ist. Ist sichergestellt, dass sich die
Materialdicke und Materialeigenschaft nicht verändert hat, und kann auf einen Werkzeugverschleiß geschlossen
werden, so muss das Werkzeug eventuell zur Erreichung der gleichen Restwandstärke etwas
weiter in das Werkstück
verfahren werden.
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Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, den Druck- oder Kraftsensor für eine taktile Vermessung der
erzeugten Restwandstärke
einzusetzen. So kann zum Beispiel aus einer Schneidposition heraus,
bei relativ zum Werkzeug festem Werkstück, das Werkzeug in axialer
Richtung herausgezogen werden, und zwar so weit, bis gerade keine
Axialkraft mehr auf das Werkzeug einwirkt und das Werkstück durch
das Werkzeug nicht mehr elastisch deformiert ist. Mit anderen Worten
wird der Abstand zwischen Auflager und Werkzeugspitze bis zu diesem
Punkt vergrößert. Ist
dieser Punkt erreicht, so hat man nun einen Abstand der Werkzeugspitze
zum Auflager erreicht, der die tatsächliche Restwandstärke angibt
(Abstand: Auflager zu Werkzeugspitze). Mathematisch ausgedrückt, addiert
sich zu der Schnitttiefe s1 noch der Weg ds hinzu, um den das Werkzeug
verfahren wird und um den sich das Material entspannt, was dann zur
Restwandstärke
führt.
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Um
die Genauigkeit der Messung zu erhöhen, kann man das Verfahren
zudem noch in umgekehrter Richtung wiederholen, d. h. das Werkzeug wird
von dem Punkt, ab dem keine Kraft von dem Werkstück auf das Werkzeug einwirkt,
in Richtung des Schnittgrundes verfahren, wobei das Kraft- oder Drucksignal
kontinuierlich oder diskret erfasst wird.
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All
diese Verfahrenspositionen können
auch über
Bewegungsdokumentationen des Roboters sowie andere aktive Bewegungselemente
festgehalten oder gespeichert und sowohl auf Seiten des Werkzeugs
wie auch auf Seiten des Gegenhalters abgerufen werden.
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Generell
können
dabei Kräfte
oder Drücke gemessen
werden. Insgesamt ist es lediglich erforderlich, die Prozesskräfte zwischen
dem Werkzeug und dem Werkstück
oder auf das Werkzeug zu kennen. Überdies wird bei der Ermittlung
der Prozesskräfte
oder -drücke
in der Regel in Richtung der Schneidachse gemessen. Es ist jedoch
auch möglich,
die Kraft auf das Werkzeug während
des Verfahrens von Werkstück
und Werkzeug parallel zur Verfahrrichtung zu messen. Damit kann
man über
die Messergeometrie unmittelbar Rückschlüsse über den Verschleißzustand
des Werkzeugs, insbesondere im Vergleich mit früheren Daten, ziehen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele
genauer angegeben und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die
Zeichnungen zeigen in
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs gemäß einer ersten
Ausführungsform,
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2 eine
schematische Detaildarstellung eines Schneidwerkzeugs gemäß dem Stand
der Technik,
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3 eine
schematische Darstellung eines in ein unflexibles Werkstück eindringenden
Werkzeugs,
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4 eine
schematische Darstellung eines in ein flexibles Werkstück eindringenden
Werkzeugs,
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5 eine
graphische Darstellung, in welcher der Kraftunterschied zwischen
einem teilweise verschlissenen und einem neuen Werkzeug hinsichtlich
der Kraft auf das Werkstück
dargestellt ist,
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6 eine
schematische Darstellung des Eintauchens eines Werkzeugs in ein
Werkstück,
anhand derer das erfindungsgemäße Verfahren
erläutert
wird,
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7 eine
graphische Darstellung, welche die Kraftveränderung über den Weg darstellt,
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8 eine
schematische Darstellung des Eintauchens eines Werkzeugs in ein
Werkstück,
anhand der ein weiterer Verfahrensaspekt der vorliegenden Erfindung
erläutert
wird,
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9 eine
weitere graphische Darstellung, welche die Kraftverhältnisse
hinsichtlich des Eintauchens in ein Werkzeug darstellt,
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10 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs
gemäß der vorliegenden
Erfindung und
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11 eine
schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Scheidwerkzeugs
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In 1 ist
in schematischer Darstellung ein Schneidwerkzeug 10 zur
Schwächung
von Kunststoffhäuten
und ähnlichen
flächigen
Werkstücken schematisch
dargestellt.
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Das
Schneidwerkzeug 10 umfasst bei dieser Ausführungsform
einen U-förmigen
Bügel 12,
der an seiner rechten Seite geöffnet
ist. Am oberen Schenkel des U-förmigen
Bügels 12 ist
ein Schneidmesser 20 angeordnet, das in Richtung einer
Schneidachse 22 ausgerichtet ist. Am gegenüberliegenden
Schenkel und gegenüberliegend
dem Schneidmesser 20 ist ein Auflager mit einer in einem
Gegenhalter 16 rollend aufgenommenen Kugel 18 und
einer zwischen dem Gegenhalter 16 und dem Bügelschenkel
vorgesehenen Kraftmessdose 14 angeordnet. Alternativ kann
die Kraftmessdose auch zwischen Messer und Bügel eingebaut werden. Dann
lässt sich
nämlich
die auf das Werkstück
einwirkende Kraft unmittelbar bestimmen. Dabei kann sich der Gegenhalter 16 gegenüber der
Kraftmessdose in Schneidachsenrichtung bewegen.
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Der
Bügel 12 besitzt
im linken Bereich eine Abstützlasche,
die über
eine Spiralfeder 26 mit einem Abstützblock 28 verbunden
ist. Der Bügel 12 kann sich
so federbelastet gegenüber
dem Abstützblock 28 bewegen.
Alternativ kann auch die Eigenelastizität des Werkstücks zum
Toleranzausgleich für
die Werkzeugbewegung genutzt werden.
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Ein
zu schwächendes
Werkstück 32 ist
auf einem Auflagetisch 30 angeordnet, der an seiner Unterseite
auf der rollfähigen
Kugel 18 aufliegt. Über
die axial vorgespannte Verschiebeeinheit (24, 26, 28) des
Werkzeuges wird gewährleistest,
dass die Kugel kontinuierlich am Auflagetisch anliegt.
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Durch
Relativbewegung des Schneidwerkzeugs 20 gegenüber dem
auf dem Auflagetisch 30 angeordneten Werkstück 32 bei
in das Werkstück verfahrenem
Schneidmesser 22 ergibt sich der gewünschte Schwächungsschnitt, der vorliegend
dadurch dargestellt ist, dass in der Schnittdarstellung der 1 bezüglich des
Werkstücks
das Material in Richtung nach dem Schneidmesser 22 fehlt.
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Der
Auflagetisch besitzt eine Dicke, die mit dem Bezugszeichen 36 gekennzeichnet
ist. Die Restwandstärke
des Materials nach dem Schwächungsschritt
ergibt sich aus dem Gesamtabstand der Werkzeugspitze von dem oberen
Ende der Kugel 18 minus der konstanten oder wegabhängig bekannten
Auflagetischdicke.
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Über die
Kraftmessdose kann die Kraft ermittelt und an eine Auswerte- oder
Regel- und Steuereinheit übermittelt
werden. Die Kraftmessdose ermittelt die Kraft, mit welcher das Schneidmesser 20 auf das
Werkstück
drückt.
Diese Kraft hängt
von der Materialdicke, der Materialbeschaffenheit, den Prozessparametern
aber auch dem Verschleißzustand
des Werkzeugs ab.
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In 2 ist
ausschnittweise eine Vorrichtung aus dem Stand der Technik gezeigt,
wobei nunmehr eine aktive Verstellung des Schneidmessers 20' gegenüber dem
Auflagetisch 30' mittels
eines motorischen Antriebs möglich
ist. Diese Verstellung wird mittels des elektrischen Antriebsmotors 25 erreicht, der
eine Stellspindel 27 beaufschlagt. Das so dargestellte
Schneidwerkzeug 10' lässt sich
also hinsichtlich des Abstandes der Spitze des Werkzeugs 20' gegenüber dem
Auflagetisch 30' (Bezugszeichen 37) bzw.
der Schnitttiefe (Bezugszeichen 39) genau einstellen, wobei die
Gesamtmaterialstärke
durch das Bezugszeichen 40 definiert ist. Allerdings ist
diese Einstellung, wie eingangs klargemacht wurde, nur bei relativ
harten und unflexiblen bzw. unelastischen Materialien ohne weiteres
genau möglich.
In erfindungsgemäßer Weise
kann man diese Ausführungsform ändern, wenn
man im Bereich zwischen der Schneidmesser-Spitze und der (nicht
dargestellten) Halterung eine Kraftmesseinrichtung einbaut.
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Der
Schneideffekt bei einem harten und unelastischen Material ist in 3 deutlich
zu sehen, gemäß der bei
einem solchen unflexiblen Material 54 die Restwandstärke a (rechte
Seite der 3) im Wesentlichen dem Abstand
der Spitze des Schneidmessers 50 zum Auflager 56 entspricht.
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Bei
einem elastischen Werkstück
wird dieses unter dem Messer oder dem sonst verwendeten Werkzeug
zusammengedrückt
und verformt sich dadurch, so dass der Abstand zwischen der Spitze
des Werkzeugs 50 und dem Auflager 56 (hier mit „a” in linker
Seite von 4 bezeichnet) nicht der Restwandstärke (Bezugszeichen „b” in 4 rechte
Seite) entspricht. Vielmehr ist die Restwandstärke b größer als der vorher eingestellte
Abstand der Schneidmesserspitze zum Auflager 56.
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Um
die tatsächliche
Restwandstärke
zu ermitteln, wird – wie
in 6 dargestellt ist – von einer Schneidposition
aus gestartet, die auf der linken Seite abgebildet ist. In dieser
Position, welche die normale Schneidposition darstellt, bei der
das Werkstück 54' relativ zu
dem Werkzeug 50 verfahren wird, ist die Spitze des Werkzeugs 50 mit
einem Abstand s1 zum Auflager 56 eingestellt. Dabei wirkt
durch die Kompression des Werkstücks
eine Kraft zwischen dem Werkzeug 50 und dem Werkstück 54', die sich auch
auf das Auflager 56 überträgt und von
dem Kraftsensor 58 ermittelt werden kann.
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Zum
Feststellen der tatsächlichen
Restwandstärke
wird die relative Schnittbewegung zwischen Werkstück 54' und Werkzeug 50 zunächst beendet.
Sodann wird das Werkzeug 50 entgegen seiner Schneidachse
(vgl. Pfeil in 6, rechte Seite) aus dem Werkstück um eine
Strecke ds1 herausgezogen, und zwar so weit, bis der Kraftsensor 58 keine weitere
Kraftänderung
bei einem weiteren Herausziehen des Werkzeugs aus dem Werkstück mehr feststellen
kann. Ändert
sich bei einem weiteren Herausziehen des Werkzeugs der Kraftwert
nicht mehr, so ist dies der Punkt, an dem keine Kompression des Materials
mehr vorliegt und der Abstand zwischen der Spitze des Schneidwerkzeugs
und dem Auflager gibt nun die Restwandstärke an. Dies ist auch aus dem
Graphen der 7 ersichtlich. Dabei markieren s1
den Abstand zwischen Schneidmesserspitze und Auflager beim Schwächungsvorgang
und s2 die tatsächliche
Restwanddicke; ds1 gibt das Ausmaß an, in dem das Material komprimiert
wurden. Im Graphen der 7 ist auch ohne weiteres zu
erkennen, dass die Kraft auf den Kraftsensor beim Herausziehen des Werkzeugs
aus dem Werkstück
(vgl. Pfeilrichtung) abnimmt und – bei einem entsprechend kalibrierten Sensor – am Punkt
s2 der Kraftwert 0 und einen anderen charakteristischen Wert erreicht
ist, nämlich dann,
wenn die Restwandstärke
erreicht ist und das Werkstück
nicht mehr gegen das Werkzeug drückt bzw.
keine Komprimierung mehr vorliegt.
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Um
die Genauigkeit des Verfahrens zu erhöhen, kann man – wie in 8 angegeben
ist – das Werkzeug
nunmehr wieder in das Werkstück
hinein verfahren. Bei diesem Schritt wird der Sensor 58 wieder
eine Zunahme der Kraft zeigen, wenn die Spitze des Werkzeugs beginnt,
das Werkstück
an dieser Position zusammenzudrücken
und zu komprimieren. Gerade an diesem Punkt liegt wieder die Restwandstärke S2 vor.
Wird das Werkzeug weiter in das Material hinein verfahren, so ergibt
sich z. B. der im Graphen der 9 angegebene
idealisierte Kraftverlauf.
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In 10 ist
eine weitere Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
teilweise und schematisch dargestellt, mit der das erfindungsgemäße Verfahren
durchgeführt
werden kann. Dabei wird wiederum ein Schneidmesser 120 verwendet, welches über eine
Verstellspindel 126, die von einem Motor 125 beaufschlagt
ist, zum Schwächen
eines Werkstücks 132 in
dieses eingefahren wird. Das Werkstück 132 ist wiederum
auf einem Auflagetisch 130 angeordnet und wird, dargestellt
durch den Pfeil 134, relativ zum Werkzeug 120 bewegt.
In Abhängigkeit
von der Eindringtiefe wird ein Schwächungsschnitt durchgeführt, der
zu einer Restwandstärke führt.
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Mittels
eines Tasters 172, der an der Unterseite des Auflagetisches 130 anliegt,
und einem Kraftsensor 170 wird eine Kraft ermittelt, die
durch den Schneidvorgang erzeugt wird. Der Sensor kann in diesem
Fall jedoch keine Schnittkraft direkt messen, da diese in den Auflagetisch
eingeleitet werden. Besser ist es in diesem Fall, den Kraftsensor
zwischen Messer und Aktor zu montieren.
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Diese
Information über
die Kraft wird über eine
Leitung 174 einer Regelungs- und Steuereinheit 150 zur
Verfügung
gestellt. Diese Regelungs- und Steuereinheit 150 ist wiederum
mit dem Motor 125 über
eine Steuerleitung 162 verbunden. Je nach Abgabe eines
Signals von der Steuer- und Regeleinheit 150 an den Motor 125 erfolgt
die Verstellung des Schneidmessers 120 in Richtung des
Auflagetisches 130 oder weg davon. Zwischen dem Motor 125 und dem
Schneidmesser 120 ist ein Wegsensor angeordnet, mit dem
sich ermitteln lässt,
wie weit die Spitze des Schneidmessers 120 vom Auflagetisch 130 entfernt
ist.
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Diese
Entfernung gibt bei unelastischen Materialien die Restwandstärke wieder,
die sich zusammensetzt aus der Differenz des Abstandes von Schneidmesserspitze
zum Taster (Bezugszeichen 138) abzüglich der mit dem Bezugszeichen 136 bezeichneten
Auflagetischdicke.
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Aus
der Kombination der Informationen vom Kraftsensor 170 und
des Wegsensors 160, wobei letzterer über eine Datenleitung 164 an
die Regel- und Steuereinrichtung 150 übertragen wird, kann die Steuer-
und Regeleinrichtung 150 – eventuell noch unter Zuhilfenahme
von Daten hinsichtlich Materialeigenschaften und/oder -dicke – auf die
Prozessverhältnisse
schließen.
Insbesondere können
Werkzeugverschleiß oder
kurzfristige Schwankungen in der Materialdicke oder in den Materialeigenschaften auf
diese Art und Weise festgestellt werden. Dabei ist zu erwarten,
dass sich der Werkzeugverschleiß nur immer
mittel- bis langfristig ändern
wird. Schwankungen in der Materialstärke oder den Materialeigenschaften
sind eher kurzfristige Ereignisse, die aufgrund zeitlichen Verlaufs
des Signals auch als solche ermittelt werden können.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in schematischer Weise in 11 dargestellt.
Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von derjenigen in 1 beispielsweise
dadurch, dass die Schneidanordnung insgesamt an einem Robotarm 274 gehalten
ist, von dem in der 11 lediglich sein Ende dargestellt
ist. Zwischen dem Robotarm 274 und der Schneidvorrichtung
ist ein Gelenk 272 angeordnet. Am Gelenk 272 ist
einerseits das Schneidmesser 275 in einer aus 11 zu
entnehmenden drehbeweglichen Weise sowie ein Haltearm 270 befestigt.
Der Haltearm wiederum hält
einen U-förmigen
Bügel 212,
der ähnlich
wie derjenige in 1 ausgestaltet ist. Ein weiterer
Unterschied in der Ausführungsform
zur 1 liegt nun darin, dass sich das Schneidmesser 275 in
einer Drehhalterung 276 des Bügels drehen lässt. Am
unteren Schenkel des U-förmigen
Bügels 212 sind – wie auch
bei der Ausführungsform
der 1 – eine
Kraftmessdose 214, in Gegenhalter 216 sowie eine
Rollkugel 218 vorgesehen. Die Rollkugel 218 rollt
nun unmittelbar an der Unterseite des Werkstücks 232 ab und kann die
Kraft, mit der die Spitze 220 des Schneidmessers in das
Werkstück
drückt
aufnehmen. Seitlich ist das Werkstück in Spannvorrichtungen fest
und ortsunbeweglich eingeklemmt.
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Darüber hinaus
kann die Rollkugel 218 mittels eines Präzisionsaktor (vorliegend nicht
dargestellt) um 50 mm abgesenkt bzw. angehoben (11 zeigt
den angehobenen Zustand) werden. Dadurch kann das Schneidwerkzeug
problemlos in die gewünschte
Position zum Werkstück
eingefahren werden, bevor der Schneidvorgang beginnt.
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Bei
dieser Ausführungsform
besteht damit die Möglichkeit,
an einer beliebigen Position des Werkstückes zu starten und einen vorgegebenen Weg
abzufahren, wobei sich das Messer mit seiner Schneide immer in Fahrrichtung
einstellen lässt.
Zudem kann in oben beschriebener Weise die Kraft zwischen dem Schneidmesser
und dem Werkstück
erfasst und daraus die Informationen über Werkzeugzustand und Materialeigenschaft
gewonnen werden.
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Insgesamt
gibt die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, eine Materialschwächung bis
auf eine genau definierte Restwandstärke auch bei elastischen Materialien,
die unter der Wirkung des Schneidwerkzeugs verformt oder komprimiert
werden, zu erreichen. Darüber
hinaus kann eine Information über
den Zustand des Werkzeugs generiert werden, insbesondere, wann das
Werkzeug auszutauschen ist.
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- 10,
10'
- Schneidwerkzeug
- 12
- Bügel
- 14
- Kraftmessdose
- 16
- Gegenhalter
- 18
- Gelagerte
Kugel
- 20,
20'
- Schneidmesser
- 22
- Schneidachse
- 24
- Abstützlasche
- 25
- Antriebsmotor
- 26
- Spiralfeder
- 27
- Stellspindel
- 28
- Abstützbock
- 30,
30'
- Auflagetisch
- 32,
32'
- (zu
schwächendes)
Werkstück
- 34,
34'
- Bewegungsrichtung
- 36
- Dicke
Auflagetisch
- 37
- Restmaterialstärke
- 38
- Dicke:
Restmaterialstärke
+ Auflagetischdicke
- 39
- Schneidtiefe
- 40
- Gesamtmaterialdicke
- 50
- Schneidmesser
- 52
- Bewegungsrichtung
- 54,
54'
- Material
- 56
- Auflageplatte
- 58
- Drucksensor
- 120
- Schneidmesser
- 125
- Antriebsmotor
- 126
- Stellspindel
- 130
- Auflagetisch
- 132
- Material
- 134
- Bewegungsrichtung
- 136
- Auflagetischdicke
- 138
- Dicke:
Restmaterialstärke
+ Auflagetischdicke
- 150
- Steuerung
- 160
- Wegsensor
- 162
- Steuerleitung
- 164
- Sensorleitung
- 170
- Drucksensor
- 172
- Tastzeiger
- 174
- Sensorleitung
- 212
- Bügel
- 214
- Kraftmessdose
- 216
- Gegenhalter
- 218
- Kugel
- 220
- Spitze
des Schneidmessers
- 226
- Spannvorrichtung
- 232
- Werkstück
- 270
- Haltearm
- 272
- Gelenk
- 274
- Robotarm
- 275
- Schneidmesser
- 276
- Drehhalterung