DE2302041A1

DE2302041A1 - Verfahren und vorrichtung zum zuschneiden von schichtenmaterial

Info

Publication number: DE2302041A1
Application number: DE2302041A
Authority: DE
Inventors: Jun Leonard Raymond Landers; Robert Joseph Pavone
Original assignee: Gerber Scientific Instrument Co
Current assignee: Gerber Systems Corp
Priority date: 1972-01-17
Filing date: 1973-01-12
Publication date: 1973-08-09
Also published as: JPS4882487A; FR2168775A5; US3772949A

Description

Patentanwälte DfpUng. Richard Müiier-Börner

Dipl.-Ing. Hans-Heinridi Wey fcrfoi-DaWem, Pod&Je!sMa!!ee 68

Berlin, den 12. Januar I973 22 985

The Gerber Scientific Instrument Co. Betr.: 4S-162B Hartfort, Connecticut, USA

Verfahren und Vorrichtung zum Zuschneiden von Schichtenmaterial

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zuschneiden von schichtartig geformten Material in einer selbsttätig arbeitenden Schneideanlage, und insbesondere das Zuschneiden von anisotropen Schichtentnaterialien, v/ie gemischtfaserige Bänder von weitgehend abweichenden Festigkeits- und Schneideigenschaften auf den verschiedenen Hauptachsen des Materials.

Es ist bereits seit langem bekannt, selbsttätig gesteuerte Schneidewerkzeuge zum Zuschneiden von Schichtenmaterial zu

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Schnittmusterteilen zu verwenden, z.B. die Schneideanlage der US-PS 3 ^LV?7 322, in der ein Sechner die Führung eines Schneidewerkzeuges über die Fläche des auf einem Tisch ausgebreiteten Schichtenmaterials steuert. Hierbei werden die Verschiebungen des Schneidewerkzeuges derart gesteuert, dotes das Werkzeug während des Schneidevorgangs um die Peripherie eines oder mehrerer Schnittmusterteile geführt wird.

Es ist ebenfalls ebereits bekannt, das Schneidewerkzeug in der selbsttätig arbeitenden Schneideanlage nach den erwähnten Patent als kleines Sclmeiderad oder als kleine Schneidescheibe auszubilden, das bzw. die einen ausreichenden Durchmesser aufweist", so dass das Had bzv/. die Scheibe während des Zuschneidens durch das Schichtenmaterial hindurch schneiden kann. In der US-PS 119 151 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zuschneiden von Schichtenmaterial offenbart, in der ein drehbar angetriebenes Schneiderad über die Steuerung seitens eines Rechners oder dgl. durch eine auf einem Arbeitstisch ausgebreiteten Schichtenstofflaje geführt wird, um eine Schneidearbeit durchzuführen, die in der Art im allgemeinen der erfindungsgenässen Vorrichtung ähnlich ist.

Während viele schichtenartig gebildete Stoffe isotrop sind und im allgemeinen durchaus gleichförmige Schnitteigenschaften haben, können die anisotropen Schichtenstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften der Festigkeit und des Widerstandes im Hinblick auf das Schneiden längs der verschiedenen Achsen besondere Probleme für das Zuschneiden darstellen, insbesonders dort, wo die Schneideigenschaften auf den Hauptachsen extrem liegen. Wenn ein Schnitteil aus anisotropen Material von einem Schneidwerkzeug auf seiner Aussenlinie entlang geschnitten wird, kann

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das v/erkzeug auf die beiden extremen Schneidwiderstandswerte treffen. So weisen s.B. Gemischtstoffe wie Borfaserschichten oder -bänder, die durch Auftragen einer Borschicht auf einen sehr feinen tfolframdraht von 0,01270 mm Durchmesser und durch die Bindung mehrerer eng miteinander verpackter Fasern von 0,2032 mm Durchmesser auf ebener Grund- oder Unterlage, z.B. Blattaluminium angefertigt wurden, längs der Hauptachse der ausgerichteten Fasern diesbezüglich ausserordentlich hohe Festigkeit gegen Zugbeanspruchung und Biegen auf. Der Widerstand, der beim Durchschneiden solcher Bänder in der quer zu den Fasern verlaufenden Sichtung zu überwinden ist, macht wesentlich grössere Schneidekräfte erforderlich, als nötig wären, sollte das Material in einer parallel zu den Fasern verlaufenden Richtung geschnitten werden.

Bei der Durchführung derartiger Schneidearbeiten in selbsttätig gesteuerten Schneideanlagen wird das Schichteniaaterial gewöhnlich auf einer nachgiebigen Arbeitsfläche eines Schneidetisches ausgebreitet und ein Schneidewerkzeug sowie der Schneidetisch zu gegenseitiger Verschiebung veranlasst, während das Schneidewerkzeug mit dem i-iaterial in schneidenden Eingriff gehalten wird, ./enn das Schneidewerkzeug mit dem Faserschichtmaterial bei etwa gleichförmiger Durchstosskraft, d.h. einer senkrecht zur Ebene des ochichteiuiaterials gerichteten Kraft, in schneidenden Singriff steht, kann das v/erkzeug die Arbeitsfläche des Schneidtisches bei der Konturbildung des Schnitteiis erheblich beschädigen, jiei der Durchquerung des Werkzeuges auf einer senkrecht zu den Fasern stehenden Schneidelinie sind sehr grosse Durchstosskräfte erforderlich, so dass das Schneidewerkzeug die Fasern sowie die Unterlage durchdringen und vollständig abtrennen kann. Jedoch können dieso Kräfte auch bewirken, dass das Schnoidewerkzeug in

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das Schichtenmaterial und die Arbeitsfläche des Zuschneidetisches beim Durchqueren des Werkzeuges auf der im allgemeinen parallel zu den Fasern liegenden Schneidelinie zu tief eindringt, und zwar aufgrund des verminderten Schneidewiderstandes und der geringeren Ablenkung des Bettes, das die Arbeitsfläche des Zuschneidetisches umgrenzt, auf dem das Material während des Zuschneidens ausgebreitet liegt. Für die Arbeitstische werden im allgemeinen nachgiebige Betten verwendet, da hierdurch ermöglicht wird, dass das Werkzeug durch das Schichtenmaterial bis zu einem begrenzten Betrag hindurchschnexdet, ohne dass dadurch die Arbeitsfläche beschädigt wird. Mit derartig ausgebildeten Betten sind jedoch grössere Ablenkungen der Arbeitsfläche gegeben, wodurch das Zuschneiden von anisotropem Material zusätzlich erschwert wird. Demzufolge ist leicht einzusehen, dass es dort, wo dae Schichtenmaterial in den verschiedenen Richtungen der Koordinaten abweichende Festigkeitsgrade aufweist, unmöglich ist, eine einzige Durchstosskraft auszuwählen, um das Schichtenmaterial an allen Stellen auf der Peripherie des zuzuschneidenden Schnitteiis vollständig zu durchdringen, ohne hierbei die Arbeitsfläche zu beschädigen.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zuschneiden von Schichtenmaterialien mit in den verschiedenen Richtungen abweichenden Festigkeitsgraden zu schaffen, worin Mittel zum selbsttätigen Steuern des Schneidewerkzeuges vorgesehen sind, so dass das Werkzeug mit einer gesteuerten Durchstosskraft mit dem Material in schneidenden Eingriff kommt.

Demzufolge betrifft der Erfindungsgedanke ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zuschneiden von Schnitteilen aus anisotropen Schichtenraaterial, das dem Schneiden auf den verschiedenen

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Schneidelinien durch das Material abweichende entgegengerichtete Kräfte entgegensetzt. Die nach der Erfindung arbeitende Vorrichtung weist eine Auf- oder Unterlage auf, die die Arbeitsfläche umgrenzt und das Schiclitennaterial bei seiner Verschiebung gegenüber dem Schneidewerkzeug während des Zuschneidevorgangs in ausgebreitetem Zustand festhält. Zwischen der Auf- oder Unterlage und dem Schneidewerkzeug sind Transportmittel angeordnet, so dass das Schichtenraaterial und das Werkzeug entlang einer vorprogrammierten Schneidelinie an der Peripherie des aus dem Sehichtenmaterial zu schneidenden Schnitteiis zueinander verschoben werden. An die Transportmittel sind Mittel angeschlossen, durch die die relative Verschiebung des Werkzeuges und der Unterlage, auf der das Sehichtenmaterial ausgebreitet ist, gesteuert wird. An die Transportmittel sind auch die Belastung steuernde Mittel angeschlossen, durch die die Kraft geregelt wird, mit der das Schneidewerkzeug an den verschiedenen Stellen auf der Peripherie der Schnitteile mit dem Material in schneidendem Eingriff gehalten wird. Um diejeweilige Belastung, die durch die Belastungssteuerung während des Schneidens aufgetragen wird, mit den Materialeigenschaften zu korrelieren, wird das Sehichtenmaterial auf der Arbeitsfläche zu einer gegebenen Bezugsrichtung gemäss der anisotropen Eigenschaften des Schichtenmaterials ausgerichtet. Darauf regelt dann die Belastungssteuerung die Durchstosskraft, mit der das Werkzeug belegt werden soll, indem sie auf die Richtung des Schnittes reagiert, der von der Verschiebung der Steuermittel erzeugt wird.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele wiedergeben. Es zeigen:

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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungs-

gemässen Schneideanlage, Fig. 2 einen Seitenriss des Schneidewerkzeuges und

des Schneidetisches der Fig. 1 mit dem am

Werkzeug angeschlossenen Steuermechanisraus

für Durchstossbelastung,

Fig. 3 einen Aufriss der Anordnung von Fig. 2, Fig. k eine schematische Darstellung der zur Steuerung

der auf das Schneidev/erkzeug aufgetragenen Durch-

stosskräfte verwendeten Vorrichtung, Fig. 5 ein Kurvendiagramm, das die Kennkurve des

Hechanismus zur Steuerung der Belastung in

einem Ausführungsbeispiel der Erfindung

wiedergibt, und
Fig. 6 ein Kurvendiagramin, das di'e Kennkurve des in

einem weiteren Ausführungsbeispiel verwendeten

Mechanismus zur Steuerung der Belastung darstellt.

Die Figuren 1,2 und 3 zeigen eine selbsttätig arbeitende Schneideanlage nach der Erfindung zum Zuschneiden von anisotropen Schichtenmaterial. Die im allgemeinen durch das Bezugszeichen 10 gekennzeichnete Anlage weist einen Zuschneidetisch 12, ein Schneidewerkzeug 14 und Transportmittel für das Werkzeug, die bestehen aus dem X-Wagen 16 zur Verschiebung in Richtung der X-Achse und dem Y-Wagen 18, der auf dem X-V/agen befestigt ist, zur Verschiebung in Eichtung der Y-Achse gegenüber dem Tisch 12 und dem X-Wagen 1o, sov/ie einen Rechner 20 auf, der mit den Wagen und dem Werkzeug verbunden ist, um die Verschiebung und den Betrieb des" Schneidewerkzeuges beim Zuschneiden zu steuern. Der der Steuerung dienende Rechner 20 entnimmt einem Speicherband 22 Programmdaten und bildet gemäss dieser Daten eigene Steuersignale, die durch das Befehls-

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kabel Zh den beiden Wagen 16 und 18 zugeleitet werden, um das Werkzeug 1^f über den Tisch 12 im schneidenden Eingriff mit dem Schichtenmaterial S zu führen, aus dem die durch die punktierten Linien gekennzeichneten und auf dem Bandprogramm festgelegten Schnittrauster zugeschnitten werden.

Das Schichtenmaterial S, das bei der Erfindung zugrunde gelegt wird, ist ein anisotropes Material mit abweichenden Schnitteigenschaften in der X- und Y-Hichtung des Tisches» Als Beispiel eines derartigen i-iaterialskkann ein Borfaserstreifen angesehen werden, in der die Fasern parallel ausgerichtet liegen und dabei eng aneinander gepackt sowie mit einer Unterlage, z.B. der erwähnten Aluminiumfolie, verbunden sind. Anisotrope Stoffe, wie Bbrfaserbänder, die verschiedenartige Festigkeitseigenschaften in Hinblick auf den jeweiligen Richtungsverlauf der Fasern haben, werden häufig zur Herstellung von Schichtstofferzeugnissen verwendet, wobei durch Ausrichten der Hauptachsen des Bandes in den benachbarten Blattlagen in unterschiedlichen Richtungen es möglich ist, ein Hehrschichtgefüge zu schaffen, das die gewünschten Festigkeits- und Biegeeigenschaften aufweist. Die Schnitteile, wie sie in der Fig. 1 dargestellt sind, müssen aus dem Schichtenmaterial geschnitten werden und werden gemäss der Richtungseigenschaften des Materials ausgelegt, wobei das Speicherband dementsprechend programmiert wird.

Der Zuschneidetisch 12 besitzt einen Rahmen 3O1 der auf mehreren Tischbeinen 32 ruht. Das Bett Jk bietet die Arbeitsfläche, auf der das Schichtenmaterial S ausgebreitet liegt. Der freigelegte Teil des die Arbeitsfläche umgrenzenden Bettes 3^ besteht vorzugsweise aus einem nachgiebigen Material, z.B. einer dicken Decke 36 aus Gummi (Figuren 2 und 3) oder aus ähnlichem Werk-

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stoff, das ein ausreichendes Mass an Elastizität besitzt, so dass das Schneidewerkzeug Ik durch das Schichtenmaterial hindurch gepresst werden und teilweise in die Decke 36 eindringen kann, ohne dabei die Arbeitsfläche zu schneiden oder sonstifie zu beschädigen. Hinzu kommt noch, dass die Decke 36 mit mehreren kleinen Öffnungen 38 versehen ist, die über die gesamte Arbeitsfläche verteilt angeordnet sind und durch die Kanäle kO in der Unterlage des Bettes j>h mit einer (nicht dargestellten) Pumpe in Verbindung stehen, so dass die auf der Arbeitsfläche ausgebreitete Schicht S aufgrund des seitens der Vakuumpumpe auf der Arbeitsfläche erzeugten unteratmosphärischen Druck in ihrer Stellung festgehalten wird.

Der X-Wagen 16 wird über dem Tisch 12 auf zwei Zahnstangen und 50 tragend geführt, die sich längs der in X-Richtung verlaufenden Tischkante erstrecken und von den Stützen 52 gehalten werden, welche vom Bahmen Jß nach oben vorstehen. Die Antriebsmotoren und (nicht dargestellten) Zahnräder von Wagen 16 kommen mit den Zähnen der Zahnstangen 48 und 50 in Eingriff, um den Wagen 16 und das Werkzeug 14 über den Tisch in der X-Richtung gemäes den vom Rechner 20 gelieferten Verschiebungsbefehlen hin- und herzubewegen.

Der X-Wagen 18 ist mit dem X-Wagen 16 durch die Führungsschiene und die Leitspindel 6O verbunden, die in Richtung der Y-Achse zwischen den seitlichen Enden des X-Wagens 16 liegen. Die Leitspindel 6O wird durch einen weiteren (nicht dargestellten) Antriebsmotor angetrieben, der vom Rechner 20 gesteuert wird und mit dem Y-Wagen 18 in Eingriff kommt, um den Wagen und das Werkzeug 14 in der Y-Richtung über dem Tisch in Stellung zu bringen. Durch die zusammengesetzten Bewegungsanteile des X- und Y-Wagens 16 bzw. 18 kann das Werkzeug 14 in beliebiger Richtung

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über die Arbeitsfläche des Zuschneidetisches 12 in schneidendem Eingriff mit dem auf der Peripherie des einzelnen Schnitteiis zu schneidenden Schichtenmaterials geführt v/erden. -

Aus den Figuren 2 und 3 ist am deutlichsten zu ersehen, dass das Schneidwerkezug 14 mittels einer tragenden Plattform 62 am Y-Wagen 18 aufgehängt ist, die ausladend von einem verstellbaren Träger 6k gehalten wird und am vorstehenden Ende des T-Wagens 18 angeordnet ist. Der '.Träger 6k kann gegenüber der Arbeitsfläche von Tisch 12 durch einen (nicht dargestellten) vom Sechner gesteuerten Motor angehoben oder abgesenkt werden, so dass das Sehn eidwerkzeug 14 am Anfang eines Schneidevorgangs mit dem Schichtenmaterial S in schneidenden Eingriff gebracht oder am Ende des Schneideprozesses vom Schneidematerial herausgehoben werden kann. Das Schneidwerkzeug *\k besitzt ein Schneidrad 70 mit einer scharfen umlaufenden Schneide, die das Schichtenmaterial S schneidet, wenn das Werkzeug von der Plattform 62 her mit einer senkrecht aufgetragenen Kraft zum Eingriff mit dem Schichtenraaterial gebracht wird. Zum Schneiden von verhältnisfflässig harten Werkstoffen, z.B. Borfaserbänder - oder Schichten, hat sich die Verwendung eines Schneidrades aus Bartmetall, wie es beim Schneiden von Glas verwendet wird, als wünschenswert und von ausreichender Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung sowie vertretbarer Lebensdauer erwiesen. Das Schneidrad 70 wird von einem Werkzeughalter 72 mit Schnappspannverschluss 7k getragen, so dass sich das Rad frei im Halter 72 um die Achse 76 parallel zur Arbeitsfläche des Tisches 12 drehen kann, wenn das Bad von den Wagen 16 und 18 in schneidendem Eingriff mit dem Schichtenmaterial über die Arbeitsfläche gerollt wird. Der Schnappspannverschluss ?k besitzt eine Bohrung, die den Halter 72 eng sitzend aufnimmt, wobei ein Sicherungsstift 78 das Bad 70 und den Halter 72 in der Spanneinrichtung 7k festhält.

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Das Bad 70 und die Spanneinrichtung 7k werden mit der Plattform 62 zum Teil durch eine tragende Welle 80 geführt, die die Winkeldrehung des Werkzeuges um die O-Achse 82 senkrecht zur Arbeitsfläche von Tisch 12 vorsieht, üin Drehmotor 8k treibt über den Zahnriemen 86, der zwischen der Eolle 88 und der grossen, ata oberen Ende der Welle SO befestigten !Riemenscheibe 90 liegt, die in einer Zapfenlagerung angeordnete Welle üO an. Die Drehbefehle v/erden dem Speicherband 22 vom Rechner 20 entnommen und dem Antriebraotor S^f zur Steuerung der Winkelstellung des Schneidrades zugeführt, so dass es sich an jeder Stelle auf der Peripherie entlang der Aussenlinie des zu schneidenden Teils tangential verschiebt.

Gemäss der Erfindung wird ein Mechanismus zum Steuern der Belastung zwischen das Schneidwerkzeug Ik und den Werkzeugwagen 18 geschalten, von dem er zum Regeln der Durchstosskraft getragen wird, mit der das Schneidwerkzeug auf der Θ-Achse 82 zum schneidenden Eingriff in das Schichtenmaterial S auf der Arbeitsfläche gedruckt wird. Dieser Belastungssteuermechanismus 100 besitzt eine hydraulische Zylindereinheit 102, die fest auf einer kleinen Brücke 10*l· verankert ist, welche mit der Plattform 62 verbunden ist. Die Einheit weist eine Kolbenstange 106 auf, die sich koaxial durch die Zentralbohrung in der Welle 80 erstreckt und über das Axialdrucklager 110 mit der Spanneinrichtung 7k verbunden ist, die drehbar durch den Wellenbund 112 an den Längsnuten des herabhängenden Wellenstumpfes 80 befestigt ist, so dass die Spanneinrichtung und das Werkzeug Ik sich mit der Welle drehen und gegenüber der Plattform 62 auf der Welle axial verschoben werden.

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Das Axialdrucklager 110 lässt die Spanneinrichtung das Schneidrad 70 um die Θ-Achse o2 drehen, während die Durchstosskraft von der Kolbenstange 1O6 auf das Schneidrad übertragen wird.

Die auf das Schneidwerkzeug 70 gegebene Belastung und somit auch die Durchstosskraft, mit der das Schneidrad in das Schichtenmaterial S gestossen wird, werden durch den hydraulischen Druck bestimmt, der über die hydraulischen Leitungen 11^ und 116 auf die Steuerzylindereinheit 102 übertragen wird. Hach dem Schneidvorgang wird der hydraulische Druck in den Leitungen 11^- und 116 auf Null gebracht und das l/erkezeug Ik von der Plattform 62 und dem verstellbaren Träger aus dem Zuschneidetisch herausgezogen, wenn der am unteren Ende der Welle oO befestigte Hebering 120 mit dem Wellenbund in Kontakt tritt.

Die Figur k zeigt eine schematische Darstellung der Steuerung für den Belastungsmechanismus 100 und den antreibenden Drehmotor Sk. Das Q-Führungssignal vom Bechner 20 wird einem Hotortreiber 128 zugeführt, das die Ausgangsstellung des Antriebsmotors ok sowie die Winkelstellung des Schneidrades um die θ-^Achse G2 steuert. Der Motor bringt das Bad 70 derart in Stellung, dass das Werkzeug zur Schneidebahn durch das Schichtenmaterial auf dem Zuschneidetisch entweder tangential zur Schneidebahn gelialten wird oder sich mit dieser in Ausrichtung befindet. Das Θ-Signal wird dem Signalformer 130 zugeführt, der ein Gleichstromdrucksignal erzeugt, das ein hydraulisches Ventil 132, das den Druck moduliert, betätigt. Dieses Ventil 132 liegt an einer (nicht dargestellten) hydraulischen Pumpe und regelt den durch die Leitungen .11k und

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116 an der Steuerzylindereinheit 102 angelegten Druck, weshalb demzufolge auch die von der Kolbenstange 108 dem Werkzeug 14 zugeführte Durchstosskr'aft mit dem Θ-Befehl und der durch das Schichtenmaterial auf der Arbeitsfläche verlaufenden Schnittlinienrichtung variiert.

Es ist hiernach leicht einzusehen, dass bei Materialien aus Gemischtfasern, wie Borfaserbänder, das vom Signalformer I30 erzeugte Drucksignal zyklisch mit jeder 18O° betragenden Richtungsänderung der Schnittlinie variieren sollte. Die Fig. zeigt eine Kurve, in der die Ein- und Ausgabekennlinie des Signalformers I30 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Das aus der Kurve bestimmte Drucksteuersignal regelt die DruckausgangsgrÖssen des hydraulischen Ventils in proportionalem Verhältnis, und demzufolge variiert auch die dem Werkzeug 1^f zugeführte Kraft kontinuierlich mit der Richtung der Schneidebahn. Die Kurve zeigt weiter, dass das Höchstmass der Kraft dann eintritt, wenn θ gleich (η χ 18O ) ist, worin n. eine ganze Zahl ist, und dass die geringste Kraft auftritt, wenn 0 gleich (η χ 18O°) ^ 90° ist. Wird angenommen, dass θ bei 0° liegt, so wird das Schneidwerkzeug auf der X-Achse des Schneidetisches weitergeführt, d.h. dass die'X-Achse den Q-Befehlen gleich 0°, 18O°, 36Ο⁰ usw. entspricht, wobei sich ein Borfaserband auf dem Schneidetisch mit den Fasern parallel zur Y-Achse angeordnet befinden sollte. Bei der in der Fig. 5 angegebenen Kennlinie des Signalformers I30 wird die maximale Durchstosskraft auf das Schneidrad 70 gegeben, wenn letzteres sich senkrecht über die Fasern verschiebt, und die minimale Kraft aufgetragen, wenn das Schneidrad parallel zu den Fasern geführt wird und nur auf den Widerstand des verhältnismässig

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schwachen Unterlagematerials trifft. Ein derartiges Modulieren der Durchstossliräfte ermöglicht, dass das Schneidwerkzeug fest gegen die Fasern gedruckt wird, vrenn diese trotz der eigenen Nachgiebigkeit im Werkzeugträger und der Auflagefläche des Bettes 3²J- in transversaler Richtung durchquert werden, jedoch die Durchstosskraft dann begrenzt, wenn das Schneidwerkzeug bei seiner parallel zu den Fasern verlaufenden Verschiebung auf den schwachen Widerstand des Unterlagenraaterials trifft. Eine Zwischenkraft wird erzeugt, wenn das Schneidwerkzeug die zwischen den Hauptachsen des Bohrbandes winkelig verlaufenden Schnittlinien durchquert.

Die Fig. 6 zeigt die Ein- und Ausgabekennlinie des Signalformers einer v/eiteren Ausführungsform der Erfindung. Hier variieren die Durchstosskräfte diskontinuierlich oder stufenweise, wobei das Maxiraum auf den Schnittlinien erzeugt wird, die sich in der Nähe der X-Achse befinden, während minimale Kräfte für die in der Hähe der Y-Achse liegenden Schnittlinien erzeugt werden. Bei den annähernd ho zu den Hauptachsen liegenden Schnittlinien v/erden Kräfte gebildet, die zwischen den beiden vorgenannten liegen.

Obgleich die Erfindung anhand meherer Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist selbstverständlich, dass eine Anzahl von Veränderungen und Substitutionen vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Während hier die Vorrichtung und das Betriebsverfahren für die Vorrichtung im Hinblick auf das Zuschneiden von Borfaserbänder beschrieben wurde, ist eine Anwendung mit gleichermaßen zufriedenstellenden Ergebnissen auf andere Schneidebetriebe möglich, in denen anisotropes Material geschnitten wird. Das besondere Schneidwerkzeug, das hier beschrieben wurde, ist ein Schneidrad, das

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auf der Plattform 62 bei seinem Durchqueren des Schichterunaterials in einer gegebenen Sichtung eine verhältnisniässig beständige Reaktionskraft erzeugt* Da jedoch ein hin- und hergehendes Schneidwerkzeug auch eine grössere Durchstosskraft erforderlich macht, wenn es sich qaev über das Gemischtfasermaterial verschiebt, finden die Grundgedanken der Erfindung auch auf Anlagen Anwendung, in denen hin- und hergehenden Schneidwerkzeuge verwendet v/erden.

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Claims

P A T ?! IT TAHSP \l Ü G II

1. Vorrichtung zum Zusclineiden von Schnittmusterteilen aus Sciiichtenraaterial, gekennzeichnet durcia eine Auflage (12), die als Arbeitsfläche das Schichtenmaterial in ausgebreitetem Zustand festhält, ein Schneidwerkzeug (14), Transportmittel (1&, 1o), die zwischen der Auflage und dem Schneidwerkzeug angeordnet sind, ura eine gegenseitige Verschiebung der Auflage und des Werkzeuges zu erreichen, v/ob ei das Werkzeug mit dem a. f der Arbeitsfläche ausgebreiteten Schichtenraaterial in schneidenden Singriff kommt, die Verschiebung steuernde Mittel (20, A-8, 50, 60, ü'f), die an die Transportmittel zum Steuern der relativen Verschiebung des Schneidwerkzeuges und der Auflage angeschlossen sind, so dass das Schneidwerkzeug auf der Peripherie eines aus dem Schichtenmaterial zu schneidenden Schnitteiis verschoben wird, und zum Steuern der Belastung geeignete IIvl eel (20, 1007? die mit den Transportmitteln zum kegeln der Kraft verbunden sind, mit der das Schneidwerkzeug nit dem Schichtenmatsrial in schneidendem Eingriff gehalten wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug (i^ifr) durch die Belastungssteuerraittel (20, 100) zur Arbeitsfläche hin vorgestossen wird und dass die Steuermittel (20, 100) mit den der Verschiebung dienenden Steuermittel (20, Fig. k) verbunden sind und auf letztere ansprechen, um die zwischen dem Schneidwerkzeug und der Arbeitsfläche auftretende Durchstosskraft zu regeln./

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass

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das Belastungssteuermittel (100,) an dem Teil der Vers chi ebungs-• steuermittel liegt und auf diesen anspricht, der die !Richtung (9) des Schnittes im Schichtenmaterial steuert,/um die Durchstosskraft auf dem Schneidwerkzeug als Funktion der Schneidrichtung zu regeln.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportmittel (16,18) derart angeordnet sind, dass sie parallel zur Arbeitsfläche der Auflage verschoben werden, und einen Werkzeugträger (72, 80, 90), der um die senkrecht zur Arbeitsfläche stehende Achse (82) gedreht v/erden kann, und einen Antriebsmotor (34) aufweisen, der mit dem Träger zu dessen Antrieb verbunden ist sowie auf die Drehbefehle vom Verschiebungssteuermittel (20) anspricht, so dass der Träger die bestimmte Drehstellung auf der senkrecht stehenden Achse einnimmt, dass das Schneidwerkzeug (14) ein Schneidrad (70) aufweist, das im V/erkzeugträger befestigt ist, um auf einer parallel zur Arbeitsfläche verlaufenden Achse (76) rollende Bewegungen durchzuführen, und dass das Belastungseteuerinittel (IOO) mit dem Schneidrad verbunden istund auf die von den Verschiebungssteuermitteln kommenden Drehbefehle anspricht, so dass die Kraft geregelt wird, mit der das Schneidrad mit dem Schichtenmaterial in Eingriff gehalten wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidrad (70) aus Karbid gefertigtes Bad ist, das eine scharfe äussere Schneide besitzt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschiebungssteuermittel (20) dem Antriebsmotor (84) Drehbefehle (θ) liefert, durch die das Schneidrad zur .Schneidbahn über den Schichtenmaterial im wesentlichen tangential ausgerichtet gehalten wird.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Drehbefehle ansprechenden Belastungssteuermittel (100) eine Zylindereinheit (102), die zum Auftragen einer Durchstosskraft mit dem Schneidrad verbunden ist, und einen Signalforraer (I30) aufweist, der an der Zylindereinheit liegt und für die einer ersten fiichtung zugeordneten Drehbefehle von der Zylindereinheit eine maximale Stosskraft liefert, während für die einer zweiten, 90 zur ersten Richtung zugeordneten Drehbefehle eine minimale Stosskraft geliefert wird.

3. Vorrichtung zum Schneiden ^von Artikeln aus anisotropen Schichtenmaterial mit unterschiedlichen Schneideigenschaften auf den einzelnen Hauptrichtungen, gekennzeichnet durch einen Arbeitstisch (12), durch den die Auflagefläche für das auf ihm ausgebreitete anisotrope Schichtenmaterial gegeben ist, einen Uerkzeugwagen (16 oder 18), der gegenüber der Auflagefläche des Arbeitstisches in einer parallel zur Arbeitsfläche verlaufenden Richtung verschoben werden kann, ein Schneidwerkzeug (1*t) und ein Werkzeughalter (72), die an dem Wagen befestigt sind und sich senkrecht zur Arbeitsfläche um eine Achse (82) relativ zum Wagen drehen kann, Steuermittel (20), die mit dem Wagen verbunden sind, um die Verschiebung des Werkzeuges und des Werkzeughalters parallel zur Auflagefläche und in Drehrichtung um die senkrechte Achse zu steuern, so dass das Werkzeug tangential auf der Schneidbahn durch das anisotrope Schichtenmaterial geführt wird, und einem Belastungsmittel (100), das mit dem Werkzeughalter verbunden ist, um das Schneidwerkzeug zur Auflagefläche hin zu drängen, und zwar mit einer Kraft, die mit der Verschiebungsrichtung des durch das anisotrope Schichtenmaterial auf der Auflagefläche geführten Schneidwerkzeuges variiert.

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9· Vorrichtung nach Anspruch G, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitstisch ein Bett o^f) besitzt, das eine freiliegende nachgiebige Oberfläche hat, durch die die Auflagefläche des Tisches bestimmt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitstisch (>r) ein mit Vakuun betriebener Tisch ist, der Mittel zum Erzeugen eines unteratmosphärischen Drucks neben der Auflagefläche auf v/eist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug (1^) ein Rad (70) mit einer scharfen Aussenschneide besitzt und das Rad im Werkzeughalter (?2) derart angeordnet ist, dass es sich gegenüber dem Halter um eine Achse (?6) parallel zur Auflagefläche drehen kann.

12. Vorrichtung nach Anspruch o, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (20) einen programmierten Speicher (22) und einen Rechner aufweist, der Befehlssignale in bezug auf Verschiebung und Richtung aus der im programmierten Speicher enthaltenen Information für das Werkzeug und den Wagen erzeugt, und dass das Belastungsmittel (100) mit dem Steuermittel (20) verbunden ist und auf die Richtungssignale (0) anspricht,um die Kraft zu variieren, mit der das Werkzeug auf die Auflagefläche gedrückt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (IOO) eine Zylindereinheit (102) und einen Signalformer (1J5O) aufweist, der die Richtungssignale empfängt und stufenweise variierende Belastungssignale als Funktion der Befehlssignale erzeugt, wobei der Zylinder am Signalformer liegt und von diesem gesteuert wird, um das Schneidwerkzeug mit

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stufenweise variierender Kraft gegen die Auflagefläche au drücken.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (100) einen Zylinder (102) und einen Signalformer (130) aufweist, uu Pdchtungsbefehlssignale zu empfangen und kontinuierlich als Funktion der Befehlssignale variierende Bolastun?:ssignale au erzeugen, wobei der Zylinder (Fig. 5) am Sifjnalformer liegt und von diesem gesteuert wird, um das Schneidwerkzeug mit kontinuierlich variierender Kraft gegen die Auflagefläche zu drücken.

15· Verfahren aura Schneiden von Sclinittmusterteilen aus Schichtenmaterial, gekennzeichnet durch Ausbreiten des Schichtenmaterials auf einer Auflagefläche (12), Führen eines Schneidwerkzeuges (14) über die Auflagefläche, so dass die Schneide des Werkzeuges der Aussenlinie eines aus dem Schichtenmaterial zu schneidenden Schnitteiis in sclmeidendem Eingriff folgt, und Drücken des Schneidwerkzeuges gegen das ßchichtenmaterial auf der Auflagefläche während des Zusehneidevorgangs, und zwar mit einer Kraft, die axt der Schnittrichtung über dem Material an jeder Stelle auf der Aussenlinie des Scimitteils verändecLich ist.

1ό. Verfahren nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug als drehbares Had (70) ausgebildet wird, das eine scharfe umlaufende Schneide besitzt, und dass das 3ad auf der Peripherie t.es Scimitteils "entlang geführt und allgemein tangential zur Schnittrichtung an jeder Stelle auf der Peripherie des Schnitteiis gehalten wird oder mit dieser Schnittrichtung ausgerichtet ist.

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17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass für den Andruckvorgang Kennlinien (Fig. 5. oder Fig. 6) der Schnxttkräfte für die verschiedenen Schnittrichtungen durch das Schichtenmaterial erstellt werden, dass die Schnittrichtung an jeder Stelle auf der Peripherie des Schnitteiis ermittelt wird und dass gemäss der Schnittrichtung und der Kraftkenalinien dem Schneiderad an jeder Stelle auf der Peripherie eine Kraft zugeführt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinien so verlaufen, dass die Schneidkräfte der einzelnen Schnittrichtungen stufenweise (Fig. 6) variieren.

19· Verfahren nach Anspruch 17j dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinien so verlaufen, dass die Schneidkräfte der einzelnen Schnittrichtungen kontinuierlich (Fig. 5) variieren.

20. Verfahren zum Schneiden eines anisotropen Schichtenmaterials mit unterschiedlichen Schneidwiderständen auf den einzelnen Koordinaten auf einer Arbeitsfläche eines Zuschneidetisches (12), gekennzeichnet durch Ausbreiten des anisotropen Schichtenmaterials auf der Arbeitsfläche des Tisches, durch Ausrichten des Schichtenmaterials auf der Arbeitsfläche zu einer gegebenen Bezugsrichtung auf der Arbeitsfläche gemässe den anisotropen Eigenschaften des Schichtenmaterials, durch Verschieben eines Schneidwerkzeuges gegenüber der Arbeitsfläche des Tisches in schneidendem Eingriff mit dem Schichtenmaterial, um eine gewünschte Schnittlinie zu durchqueren, und durch Eindrücken des Schneidwerkzeuges zum schneidenden Eingriff mit dem Schichtenmaterial an jeder Stelle auf der Schnittlinie, und zwar mit einer Kraft, die sich als Funktion der Schnittrichtung verändert.

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21. Verfahren zum Schneiden von anisotropen Schichtenmaterial nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug in das Schichtenmaterial einschneidet mit einer Kraft, die zyklisch mit jeder 1oO° betragenden Richtungsänderung der Schnittlinie variiert.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung durchgeführt wird, indem das Schneidwerkzeug (70) über die Arbeitsfläche des Tisches (12) in schneidenden Eingriff mit dein Schichtenmaterial rollend fortbewegt und in tangentialer Ausrichtung zur Schnittlinie gehalten wird.

23. Vorrichtung zum Zuschneiden von Schichtenmaterial, das

zum Teil aus einer Faserschicht besteht, die aus einer Vielzahl von eng gepackten und parallel liegender Fäden gebildet ist, gekennzeichnet durch einen Arbeitstisch (12), der eine Arbeitsfläche besitzt, auf dem das Schichtenmaterial zum Schneiden ausgebreitet liegt, einen V/erkzeugwagen (16 oder 18) zum Tragen des Schneidwerkzeuges (.Ik), gesteuerte Antriebseinrichtungen (20, 48, 50, 60), durch die der V/erkzeugwagen und der Arbeitstisch zueinander parallel zur Arbeitsfläche des Tisches und längs einer gesteuerten Bahn verschoben werden, ein Schneidwerkezeug (14), das einen Werkzeughalter (72) und ein Schneidrad (70) aufweist, welches drehbar auf dem Baiter angeordnet ist, und Haltemittel (74, 80, 62), durch die der Werkzeughalter an dem V/erkzeugwagen befestigt ist und das Schneidrad mit dem auf der Arbeitsfläche liegenden Schichtenmaterial in schneidenden Eingriff gebracht iwrd, wenn eine gegenseitige Verschiebung von Werkzeugwagen und Arbeitstisch stattfindet.

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2k. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Haltemitteln eine verstellbare Plattform (62) verwendet wird, die am Werkzeugwagen beweglich befestigt ist, so dass sie gegenüber dem Wagen zur Arbeitsfläche des Tisches hin und von ihr \ieg eingestellt werden kann, und dass das Schneidrad ^r-von der einstellbaren Plattform über der Arbeitsfläche des Tisches herabhängend angeordnet ist.

25· Vorrichtung nach Anspruch 2k, dadurch gekennzeichnet, dass . bei den Haltemittel·^ eine Einspanneinrichtung (7^), die von der einstellbaren Plattform herabhängend angeordnet ist und zur Plattform um eine senkrecht zur Arbeitsfläche verlaufende Achse (82) gedreht werden kann, und ein drehbarer Antrieb {8k, 90) verwendet wird, so dass die Einspanneinrichtung und das Schneidrad drehbar um die senkrecht zur Arbeitsfläche stehende Achse eingestellt werden.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25> gekennzeichnet durch eine Einrichtung (1CX)), durch die das Schneidrad von der einstellbaren Plattform zur Arbeitsfläche hin und zum schneidenden Eingriff mit dem Schichtenmaterial mit veränderlicher Durchstosskraft vorgedruckt wird.

27. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass als Schneidrad (70) ein aus Karbid gefertigtes Schneidrad verwendet wird.

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