DE102010002271B4

DE102010002271B4 - Schneidvorrichtung zum Scherschneiden von Fasersträngen

Info

Publication number: DE102010002271B4
Application number: DE201010002271
Authority: DE
Inventors: Richard Brüssel
Original assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Current assignee: Schmidt und Heinzmann GmbH and Co KG
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2030-02-25
Also published as: US20110203433A1; US8438959B2; EP2360299B1; EP2360299A1; DE102010002271A1

Abstract

Eine Schneidvorrichtung (1) zum Scherschneiden von Fasersträngen (2) weist mindestens zwei um eine Drehachse (7) drehantreibbare Schneideinheiten (5, 6) sowie zwei relativ zu einem Grundgestell (3) fest angeordnete Gegen-Schneideinheiten (10, 11) auf. Die Schneidkanten der Schneideinheiten (5, 6) sowie die Gegen-Schneidkanten der Gegen-Schneideinheiten (10, 11) sind unabhängig voneinander relativ zu einer gemeinsamen Schneidebene E positionierbar. Die Kräfte auf die Gegen-Schneidkanten werden während eines Schneidvorgangs mittels entsprechenden Messsensoren (27) gemessen, so dass die Position der Gegen-Schneidkanten mittels einer Steuereinheit (40) über elektromotorische Verstelleinrichtungen (12, 13) geregelt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneidvorrichtung zum Scherschneiden von Fasersträngen.
Aus der DE 10 2007 052 586 A1 ist eine Schneidvorrichtung bekannt, die Endlosfasern in Stapelfasern zerschneidet. Die Schneidvorrichtung weist zwei an einer rotierenden Schneidspindel angeordnete Klingen auf, die über eine Formschlusskupplung miteinander gekoppelt sind und wechselseitig als Ausgleichsgewichte zum Ausgleich der im Betrieb auftretenden Fliehkräfte wirken. Den Schneideinheiten sind zwei fest an einem Grundgestell angeordnete Schneideinheiten zugeordnet, sodass bei Rotation der Schneidspindel die zwischen den Schneideinheiten befindlichen Endlosfasern zerschnitten werden. Aufgrund der Anzahl der Schneideinheiten wird ein hoher Durchsatz erzielt. Nachteilig bei dieser Schneidvorrichtung ist, dass die Schnittqualität der zu schneidenden, feinen Endlosfasern unbefriedigend ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schneidvorrichtung für Faserstränge zu schaffen, die bei einem hohen Faserstrang-Durchsatz eine gleichbleibend hohe Schnittqualität gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch eine Schneidvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die mindestens zwei rotierenden Schneideinheiten und die mindestens zwei zugehörigen feststehenden Gegen-Schneideinheiten gewährleisten eine hohe Schneidleistung und dementsprechend einen hohen Faserstrang-Durchsatz. Um bei dieser hohen Schneidleistung eine gleichbleibend hohe Schnittqualität zu ermöglichen, müssen die Schneidkanten der Klingen der rotierenden Schneideinheiten individuell, also unabhängig voneinander, in der Schneidebene positionierbar sein. Zusätzlich müssen die Gegen-Schneidkanten der feststehenden Gegen-Klingen individuell, also unabhängig voneinander und unabhängig von den Schneidkanten der rotierenden Klingen, in der Schneidebene positionierbar sein. Damit die Schnittqualität während des Betriebs der Schneidvorrichtung gleichbleibend hoch ist, ist die Position der Gegen-Schneidkanten regelbar, sodass sich diese fortwährend in einem geringen Toleranzbereich um die Schneidebene oder idealerweise immer in der in der Klingenstandzeit bestimmten Schneidebene befinden. Hierzu ist für jede Gegen-Schneidkante ein Messsensor derart angeordnet, dass eine auf die jeweilige Gegen-Schneidkante wirkende Kraft während des Schneidvorgangs als Messsignal erfassbar und an eine Steuereinheit übertragbar ist. Vorzugsweise wird mittels der Messsensoren eine senkrecht zu der Schneidebene wirkende Spreizkraft auf die Gegen-Schneidkanten gemessen. Die Steuereinheit führt für jede der Gegen-Schneidkanten anhand des Messsignals einen Sollwert-Istwert-Vergleich durch und steuert in Abhängigkeit des Messsignals bzw. des Sollwert-Istwert-Vergleichs eine zugehörige elektromotorische Verstelleinrichtung an. Die elektromotorische Verstelleinrichtung verlagert die jeweils zugehörige Gegen-Schneidkante derart, dass die Gegen-Schneidkante in die gewünschte Position verlagert und sich wieder innerhalb eines Toleranzbereichs um die Schneidebene bzw. in der in der Klingenstandzeit bestimmten Schneidebene befindet. Für jede Gegen-Schneidkante wird somit ein eigener Regelkreis aus Messsensor, elektromotorischer Verstelleinrichtung und Steuereinheit gebildet, mittels dem die Position der Gegen-Schneidkante individuell und exakt regelbar ist. Hierdurch können insbesondere thermische Ausdehnungen und/oder ein Verschleiß der Schneidkanten und/oder Gegen-Schneidkanten ausgeregelt werden, die ansonsten die Schnittqualität beeinträchtigen würden. Hierdurch wird eine gleichbleibend hohe Schnittqualität während des gesamten Betriebs der Schneidvorrichtung bzw. bis zum erforderlichen Klingenwechsel gewährleistet.
Eine Schneidvorrichtung nach Anspruch 2 ermöglicht eine exakte Regelung der Position der Gegen-Schneidkanten. Die piezo-elektrischen Messsensoren weisen eine hohe Messgenauigkeit in Verbindung mit einer hohen Messgeschwindigkeit auf. Die Messsensoren sind beispielsweise als piezo-elektrischer Quarz ausgebildet.
Eine Schneidvorrichtung nach Anspruch 3 ermöglicht eine einfache Regelung der Position der Gegen-Schneidkanten über die gemessene Spreizkraft. Mit einem in der Steuereinheit implementierten Regelalgorithmus wird bis zum erforderlichen Klingenwechsel die Spreizkraft geregelt. In den Regelalgorithmus gehen die gemessene Spreizkraft auf die jeweilige Gegen-Klinge ohne und mit einem zwischen den Klingen befindlichen Faserstrang und eine erforderliche Erhöhung der Soll-Spreizkraft während des Schneidvorgangs zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Faserschnittqualität über der Klingenstandzeit ein. Die Informationsbereitstellung über die Faserschnittqualität kann manuell oder automatisch über ein entsprechendes Bewertungssystem erfolgen. Das Bewertungssystem kann beispielsweise optisch ausgebildet sein. Der Regelalgorithmus beinhaltet einen Regelverlauf der Soll-Spreizkraft über der Klingenstandzeit, nach dem die jeweils gemessene Spreizkraft geregelt wird, und einen Spreizkraft-Schwellwert, welcher auf einen erforderlichen Klingenwechsel hinweist. Der Regelverlauf der Soll-Spreizkraft sowie der Spreizkraft-Schwellwert werden in Abhängigkeit der Faserparameter, wie beispielsweise Texgewicht, Filamentdurchmesser, Faserwerkstoff, Anzahl der Faserstränge, sowie den Klingenparametern, wie beispielsweise Klingengeometrie, Klingenwerkstoff, und den Schnittparametern wie beispielsweise Schnittgeschwindigkeit und Faserlänge bestimmt. Darüber hinaus kann über eine permanente oder zyklisch arbeitende automatische Schnittqualitätsbewertung spezifisch auf die jeweilige Spreizkraftregelung aber der Klingenstandzeit Einfluß genommen werden. Durch Verlagern der jeweiligen Gegen-Klinge mittels der zugehörigen elektromotorischen Verstelleinrichtung kann die Spreizkraft entsprechend dem Regelverlauf eingestellt werden, wodurch die Schnittqualität optimiert wird.
Eine Schneidvorrichtung nach Anspruch 4 ermöglicht die Detektion von verschlissenen Klingen und/oder Gegen-Klingen. Die im Wesentlichen parallel zu der Schneidebene wirkende Schnittkraft auf die jeweilige Gegen-Klinge wird umso höher, je stumpfer die Klinge bzw. Gegen-Klinge wird. Übersteigt die gemessene Schnittkraft in x- oder y-Richtung einen vordefinierten Schwellwert, so kann mittels der Steuereinheit ein inakzeptabler Klingenverschleiß detektiert werden. Die Klingen und/oder Gegen-Klingen können dann durch neue oder geschliffene Klingen bzw. Gegen-Klingen ausgewechselt werden. Wenn die Klingen über der Standzeit stumpfer werden, muss in der Regel die Soll-Spreizkraft erhöht werden, damit die gewünschte Schnittqualität erreicht bzw. aufrecht erhalten wird.
Eine Schneidvorrichtung nach Anspruch 5 gewährleistet eine exakte Messung, da die Messsensoren nahe an den zugehörigen Gegen-Klingen angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Messsensoren zwischen der jeweiligen Gegen-Klinge und einem gabelförmigen und elastischen Verbindungsteil angeordnet, das eine Schwenkachse für die Gegen-Klinge ausbildet.
Eine Schneidvorrichtung nach Anspruch 6 gewährleistet eine kontinuierliche und genaue Einstellung der Position der Gegen-Klingen. Die gabelförmigen und elastischen Verbindungsteile bilden jeweils eine im Wesentlichen parallel zu der Schneidebene verlaufende Schwenkachse aus, sodass die Position der Gegen-Klingen im Abstand zu der Schneidebene durch Biegen des jeweiligen elastischen Verbindungsteils kontinuierlich und exakt veränderbar ist.
Eine Schneidvorrichtung nach Anspruch 7 ermöglicht ein kontinuierliches übersetzungsvergrößerndes Einstellen der Position der Gegen-Klingen bzw. Gegen-Schneidkanten.
Eine Schneidvorrichtung nach Anspruch 8 ermöglicht ein hochgenaues Einstellen der Position der Gegen-Klingen bzw. der Gegen-Schneidkanten. Die elektromotorischen Verstelleinrichtungen weisen eine Untersetzung derart auf, dass die Position der Gegen-Schneidkanten im Abstand zu der Schneidebene mit einer Genauigkeit von kleiner als 50 μm, insbesondere kleiner als 10 μm und insbesondere kleiner als 1 μm, einstellbar ist.
Eine Schneidvorrichtung nach Anspruch 9 gewährleistet eine symmetrische Belastung der Schneidspindel, da an den Klingen gleichzeitig geschnitten wird. Hierzu muss die Anzahl der Klingen entweder gleich der Anzahl der Gegen-Klingen oder gleich einem ganzzahligen Bruchteil oder einem ganzzahligen Vielfachen davon sein.
Eine Schneidvorrichtung nach Anspruch 10 gewährleistet einen einfachen Aufbau der Schneidvorrichtung.
Eine Schneidvorrichtung nach Anspruch 11 ermöglicht es, verschlissene und nachgeschliffene Gegen-Klingen weiterzuverwenden. Der durch das Nachschleifen verursachte Materialabtrag der Gegen-Klingen kann durch Verlagern dieser entlang ihrer jeweiligen Längsachse ausgeglichen werden.
Eine Schneidvorrichtung nach Anspruch 12 ermöglicht ein manuelles oder automatisches Positionieren der Schneidkanten in der Schneidebene. Dies gilt insbesondere auch bei Verwendung von nachgeschliffenen Klingen, da der durch das Nachschleifen verursachte Materialabtrag ausgeglichen werden kann.
Eine Schneidvorrichtung nach Anspruch 13 ermöglicht ein einfaches Einstellen und Positionieren der Schneidkanten relativ zu der Schneidebene. Dadurch, dass die Klingen in einem spitzen Winkel zu der Schneidebene angeordnet sind, können die Schneidkanten durch Verlagern der Klingen entlang ihrer Längsachse auch senkrecht zu der Schneidebene verlagert werden.
Eine Schneidvorrichtung nach Anspruch 14 gewährleistet ein sicheres, reibschlüssiges Klemmen der Klingen, da auf die Klingen wirkende Fliehkräfte sicher von den Klemmelementen aufgenommen werden können.
Eine Schneidvorrichtung nach Anspruch 15 ermöglicht eine spielfreie Befestigung der Klingen an der Schneidspindel.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Schneidvorrichtung zum Scherschneiden von Fasersträngen mit zwei rotationssymmetrisch angeordneten Schneideinheiten und Gegen-Schneideinheiten,
2 eine Ansicht einer Schneidspindel der Schneidvorrichtung in Richtung des Sichtpfeils II in 1,
3 eine Ansicht der Schneidspindel entsprechend 2 ohne Klingen,
4 eine Ansicht der Schneidspindel entsprechend 2 mit Klingen und zugehörigen Gegen-Klingen,
5 eine schematische Seitenansicht der Klingen und zugehörigen Gegen-Klingen entsprechend 4, und
6 eine Ansicht einer Klinge und einer zugehörigen Gegen-Klinge in Richtung der Sichtpfeile VI in 5.
Eine Schneidvorrichtung 1 zum Scherschneiden von endlosen Fasersträngen 2 weist ein Grundgestell 3 auf, an dem eine Schneidspindel 4 mit zwei Schneideinheiten 5 und 6 angeordnet ist. Die Schneidspindel 4 weist eine Drehachse 7 auf, die parallel zu einer vertikalen z-Richtung verläuft. Die Schneidspindel 4 ist mittels eines Spindelantriebs 8 über einen Riementrieb 9 um die Drehachse 7 drehantreibbar. Die Schneideinheiten 5 und 6 sind mit einem Rotationswinkel von 180° rotationssymmetrisch um die Drehachse 7 angeordnet. Die Schneideinheiten 5 und 6 können prinzipiell mit einem beliebigen Rotationswinkel rotationssymmetrisch um die Drehachse 7 angeordnet sein, beispielsweise mit einem Rotationswinkel von 120° oder 90°. Die Schneideinheiten 5 und 6 sind in 1 lediglich angedeutet und werden nachfolgend noch genauer beschrieben.
Zum Scherschneiden der Faserstränge 2 weist die Schneidvorrichtung 1 zwei Gegen-Schneideinheiten 10 und 11 auf, die an zugehörigen elektromotorischen Verstelleinrichtungen 12 und 13 angeordnet sind. Die elektromotorischen Verstelleinrichtungen 12 und 13 sowie die Gegen-Schneideinheiten 10 und 11 sind mit einem Rotationswinkel von 180° rotationssymmetrisch um die Drehachse 7 fest an dem Grundgestell 3 angeordnet. Die Gegen-Schneideinheiten 10 und 11 werden nachfolgend noch genauer beschrieben.
Die Schneidvorrichtung 1 definiert eine horizontale Schneidebene E, die parallel zu einer x-Richtung und einer y-Richtung ist. Die x-, y- und z-Richtung bilden ein kartesisches Koordinatensystem. Die Drehachse 7 verläuft dementsprechend im rechten Winkel zu der Schneidebene E.
Die elektromotorischen Verstelleinrichtungen 12 und 13 sind identisch ausgebildet, sodass nachfolgend lediglich die Verstelleinrichtung 12 beschrieben ist. Durch das Grundgestell 3 ist ein verdrehgesicherter Bolzen 14 geführt, der sich im Wesentlichen parallel zu der Drehachse 7 erstreckt. Der Bolzen 14 ist in ein als Winkelgetriebe ausgebildetes Untersetzungsgetriebe 15 geführt. Hierzu weist das Untersetzungsgetriebe 15 ein als Hohlwelle ausgebildetes Betätigungselement 16 mit einem Innengewinde 17 auf, in das der Bolzen 14 mit einem Außengewinde 18 eingeschraubt ist. Die Hohlwelle 16 ist mittels eines elektromotorischen Stellantriebs 19 um den Bolzen 14 drehantreibbar. Das Untersetzungsgetriebe 15 ist durch eine an dem Grundgestell 3 befestigte Drehmomentstütze 20 verdrehgesichert.
Der Bolzen 14 ist durch ein gabelförmiges und elastisches Verbindungsteil 21 sowie ein als Schraubenfeder ausgebildetes Federelement 22 geführt. Das Federelement 22 liegt gegen die Hohlwelle 16 und das Verbindungsteil 21 an, das wiederum gegen das Grundgestell 3 anliegt. Hierzu weist das Verbindungsteil 21 zwei Gabel-Abschnitte 23 und 24 auf, durch die der Bolzen 14 geführt ist und die gegen das Grundgestell 3 bzw. gegen das Federelement 22 anliegen. Mit den Gabel-Abschnitten 23, 24 ist einteilig ein Stiel-Abschnitt 25 ausgebildet, der durch Verlagern des Gabel-Abschnitts 24 relativ zu dem Gabel-Abschnitt 23 entlang des Bolzens 14 um eine im Wesentlichen parallel zu der Schneidebene E verlaufende Schwenkachse 26 relativ zu dem Grundgestell 3 verschwenkbar ist.
An dem Stiel-Abschnitt 25 ist ein piezo-elektrischer Messsensor 27 angeordnet, der ringförmig ausgebildet ist. Der piezo-elektrische Messsensor 27 ist zwischen dem Verbindungsteil 21 und der Gegen-Schneideinheit 10 angeordnet, die mittels eines Befestigungselements 28 in Form einer Dehnschraube an dem Stiel-Abschnitt 25 befestigt ist. Hierzu ist das Befestigungselement 28 durch den ringförmigen Messsensor 27 geführt.
Zum Zuführen der Faserstränge 2 zu den Schneideinheiten 5, 6 und den Gegen-Schneideinheiten 10, 11 sind zwei Faser-Zuführeinheiten 29, 30 an dem Grundgestell 3 angeordnet. Die Faser-Zuführeinheiten 29, 30 sind identisch oder grundsätzlich ähnlich ausgebildet, sodass nachfolgend lediglich die Faser-Zuführeinheit 29 beschrieben ist.
Die Faser-Zuführeinheit 29 weist eine mittels eines Antriebsmotors 31 drehantreibbare Antriebswalze 32 und eine zugehörige Andruckwalze 33 auf, durch die der Faserstrang 2 geführt ist. Den Walzen 32, 33 ist in einer Transportrichtung 34 des Faserstrangs 2 ein Injektorteil 35 und ein Zuführrohr 36 nachgeordnet. Das Injektorteil 35 und das Zuführrohr 36 weisen einen gemeinsamen Kanal 37 auf, durch den der Faserstrang 2 zu der Schneideinheit 5 bzw. der Gegen-Schneideinheit 10 führbar ist. Das Injektorteil 35 weist eine seitliche Bohrung 38 auf, durch die Förderluft 39 in den Kanal 37 zuführbar ist.
Der Spindelantrieb 8, die Stellantriebe 19, die Messsensoren 27 und die Antriebsmotoren 31 sind an eine Steuereinheit 40 angeschlossen, die zur Steuerung und Regelung der Schneidvorrichtung 1 dient.
Die Schneideinheiten 5, 6 weisen jeweils eine Klinge 41, 42 mit einer zugehörigen Schneidkante S₁, S₂ auf. Die Klingen 41, 42 sind rotationssymmetrisch zu der Drehachse 7 angeordnet und weisen eine gemeinsame Längsachse L₁ auf. Die Klingen 41, 42 weisen jeweils ein entlang der Längsachse L₁ verlaufendes Langloch 43 auf und sind zwischen zwei Klemmelementen 44, 45 mittels eines Befestigungselements 46 in Form einer Dehnschraube geklemmt. Das Befestigungselement 46 ist hierzu durch die Klemmelemente 44, 45 und das jeweilige Langloch 43 geführt und an der Schneidspindel 4 befestigt.
Wie aus 3 ersichtlich ist, sind die Klemmelemente 44 in einer Nut 47 der Schneidspindel 4 angeordnet. Die Klemmelemente 44 sind T-förmig ausgebildet und weisen Halteelemente 48 auf, die formschlüssig in Haltenuten 49 angeordnet sind, wodurch die Klemmelemente 44 in radialer Richtung gesichert sind. Die Klemmelemente 44 weisen jeweils einen parallel zu der Längsachse L₁ angeordneten Einstellbolzen 50 mit einem Außengewinde 51 auf, auf das eine Einstellmutter 52 aufgeschraubt ist. Die Einstellmuttern 52 weisen zugehörige Einstellflächen H₁, H₂ auf, gegen die die Klingen 44 anliegen und durch Drehen der Einstellmuttern 52 verlagerbar sind. Die Einstellbolzen 50 und die zugehörigen Einstellmuttern 52 bilden somit eine Einstellmechanik für die Position der zwischen den Klemmelementen 44, 45 geklemmten Klingen 41, 42 aus.
Wie aus 2 ersichtlich ist, weisen die Klemmelemente 45 entsprechend den Klemmelementen 44 Haltelemente 53 auf, die ebenfalls formschlüssig in den Haltenuten 49 angeordnet sind.
Die Klingen 41, 42 liegen jeweils mit einer ersten Anlagefläche A₁ gegen die Schneidspindel 4, mit einer zweiten Anlagefläche A₂ gegen ein exzentrisch verschwenkbares Befestigungselement 54 und mit einer dritten Anlagefläche A₃ gegen die jeweilige Einstellfläche H₁, H₂ der Einstellmuttern 52 an.
Die Gegen-Schneideinheiten 10, 11 weisen jeweils eine Gegen-Klinge 55, 56 mit einer zugehörigen Gegen-Schneidkante G₁, G₂ auf. Die Gegen-Klingen 55, 56 weisen jeweils ein Langloch 57 auf, das sich in Richtung der jeweiligen Längsachse L₂, L₃ der Gegen-Klingen 55, 56 erstreckt. Die Längsachsen L₂ und L₃ der Gegen-Klingen 55, 56 verlaufen parallel zueinander. Die Gegen-Klingen 55, 56 sind zwischen zwei Klemmelementen 58, 59 geklemmt, die zusammen mit den Gegen-Klingen 55, 56 mittels eines Spannkraftverteilers 60 und einer Befestigungsmutter 61 an dem jeweiligen Befestigungselement 28 angeordnet sind. Zur seitlichen Fixierung weisen die Klemmelemente 58 Anlagestifte 62 auf, gegen die die Gegen-Klingen 55, 56 mit einer ersten Anlagefläche A₄ anliegen. Mit einer zweiten Anlagefläche A₅ liegen die Gegen-Klingen 55, 56 gegen ein exzentrisch verschwenkbares Befestigungselement 63 an.
Die 4 bis 6 veranschaulichen die Stellung der Klingen 41, 42 und der Gegen-Klingen 55, 56 relativ zueinander und zur Schneidebene E. Zur Ausführung eines scherenartigen Schnitts sind die Gegen-Klingen 55, 56 derart angeordnet, dass ihre Längsachsen L₂, L₃ vorzugsweise parallel zu der x-Richtung und gleichmäßig beabstandet von der Drehachse 7 verlaufen. Die Klingen 41, 42 weisen einen Schneidkantenwinkel α₁ auf, der kleiner als 90° ist, wohingegen die Gegen-Klingen 55, 56 einen Schneidkantenwinkel α₂ aufweisen, der vorzugsweise gleich 90° ist. Die Klemmelemente 44 bilden für die Klingen 41, 42 eine schiefe Ebene derart aus, dass die Klingen 41, 42 mit der Schneidebene E bezogen auf die Oberkante der Anlageflächen A₂ jeweils einen Freiwinkel β₁ einschließen, der spitz ist. Der Freiwinkel β₁ ist insbesondere kleiner als 20°, insbesondere kleiner als 5° und insbesondere kleiner als 2°. Damit die Schneidkanten S₁, S₂ parallel zu der Schneidebene E bzw. in der Schneidebene E verlaufen, müssen die Klingen 41, 42 zusätzlich relativ zu der Schneidebene E bezogen auf die Unterkante der Anlagefläche A₃ um einen Anpasswinkel γ geneigt sein. Zusätzlich weisen die Klingen 41, 42 Einlaufschrägen 64 auf, die in einer Rotationsrichtung 65 der Schneidspindel 4 in einem vorderen Bereich der Schneidkanten S₁, S₂ angeordnet sind, sodass sich die Klingen 41, 42 nicht mit den Gegen-Klingen 55, 56 blockieren. Die Gegen-Klingen 55, 56 schließen mit der Schneidebene E und der Unterkante der Anlageflächen A₄ bzw. A₅ einen Freiwinkel β₂ ein, der ebenfalls spitz ist. Die Gegen-Klingen 55, 56 weisen an ihren Gegen-Schneidkanten G₁, G₂ einen Keilwinkel δ bezogen auf die Unterkante der Anlageflächen A₄, A₅ auf, der kleiner 90° ist. Entsprechendes gilt für die Klingen 41, 42.
Die Messsensoren 27 sind zwischen dem jeweiligen Klemmelement 58 und dem jeweiligen Verbindungsteil 21 angeordnet. Die Messsensoren 27 sind dreidimensional ausgebildet, so dass mittels dieser eine x-Komponente, eine y-Komponente und eine z-Komponente einer jeweils auf die Gegen-Klingen 55, 56 bzw. Gegen-Schneidkante G₁, G₂, wirkenden Kraft F₁ bzw. F₂ messbar ist. Die Kräfte F₁ und F₂ sind in den 4 und 5 beispielhaft angedeutet. Die Messsensoren 27 erzeugen ein den Kräften F₁ und F₂ entsprechendes Messsignal M₁ bzw. M₂, die zur Steuereinheit 40 übertragen werden. Die Steuereinheit 40 ist derart ausgebildet, dass in Abhängigkeit des zugehörigen Messsignals M₁, M₂ Steuersignale R₁, R₂ erzeugbar sind, mittels denen die elektromotorischen Verstelleinrichtungen 12, 13 ansteuerbar sind, so dass die Gegen-Schneidkanten G₁, G₂ relativ zu der Schneidebene E verlagerbar sind.
Vor der Inbetriebnahme der Schneidvorrichtung 1 müssen die Schneidkanten S₁, S₂ und die Gegen-Schneidkanten G₁, G₂ auf die gemeinsame Schneidebene E eingestellt werden. Die Schneidkante S₁ wird beispielsweise als Bezugs-Schneidkante herangezogen, die die Lage der Schneidebene E definiert. Die Klingen 41, 42 und Gegen-Klingen 55, 56 werden zunächst so genau wie möglich relativ zueinander positioniert, so dass die Schneidkante S₂ sowie die Gegen-Schneidkanten G₁ und G₂ möglichst nahe an der Schneidebene E liegen. Anschließend wird bei langsam rotierender Schneidspindel 4 mit dem Stellantrieb 19 die Gegen-Klinge 55 mit der Gegen-Schneidkante G₁ in Richtung der Schneidkante S₁ bewegt, bis die Scheidkante S₁ mit der Gegen-Schneidkante G₁ Kontakt hat. Der Kontakt kann über den Messsensor 27 detektiert werden. Die entsprechende Winkelposition des Stellantriebs 19 wird in der Steuereinheit 40 gespeichert.
Daraufhin wird die Schneidkante S₂ zu der Gegen-Schneidkante G₁ oszillierend bewegt und die Gegen-Schneidkante G₁ mittels des Stellantriebs 19 in Richtung der Schneidkante S₂ bewegt, bis die Gegen-Schneidkante G₁ Kontakt zu der Schneidkante S₂ hat. Der Kontakt kann wiederum mittels des Messsensors 27 detektiert werden. Die entsprechende Winkelposition des Stellantriebs 19 wird in der Steuereinheit 40 gespeichert. Aus der Winkeldifferenz zwischen den beiden Winkelpositionen des Stellantriebs 19 bzw. der entsprechenden Wegdifferenz kann dann berechnet werden, wie weit die Klinge 42 mit der zugehörigen Einstellmutter 52 auf der schiefen Ebene des Freiwinkels β₁ verschoben werden muss, damit die Schneidkanten S₁ und S₂ gemeinsam in der Schneidebene E zu liegen kommen. Nach dieser manuellen Korrektur der Position der Schneidkante S₂ wird wie oben beschrieben der Einstellfehler ermittelt und mit einer zulässigen Einstelltoleranz verglichen. Liegt der Fehler innerhalb der Einstelltoleranz ist das Einstellen der Schneidkanten S₁ und S₂ beendet, ansonsten wird der oben beschriebene Einstellvorgang wiederholt.
Nachdem der Einstellvorgang der Schneidkanten S₁ und S₂ beendet ist, werden die Gegen-Schneidkanten G₁ und G₂ mit den zugehörigen Stellantrieben 19 in Richtung der Schneidkanten S₁ und S₂ bewegt, bis diese Kontakt zueinander haben. Der Kontakt kann mittels der Messsensoren 27 detektiert werden.
Nachdem die Schneidkanten S₁, S₂ und die Gegen-Schneidkanten G₁, G₂ in der Schneidebene E positioniert sind, kann der Betrieb der Schneidvorrichtung 1 beginnen. Mittels der Faser-Zuführeinheiten 29, 30 werden beispielsweise zwei Faserstränge 2 zu den Gegen-Schneideinheiten 10, 11 transportiert. Der Transport der Faserstränge 2 erfolgt mittels der Antriebswalzen 32 und der in den Zuführrohren 36 strömenden Förderluft 39. Die Faserstränge 2 werden dementsprechend ziehend gefördert, wobei die Förderluft 39 gleichzeitig die Schneidkanten S₁, S₂ sowie die Gegen-Schneidkanten G₁, G₂ kühlt. Die endlosen Fasterstränge 2 werden beispielsweise von nicht dargestellten Fasterstrangspulen abgezogen. Die Antriebswalzen 32 können mittels der Antriebsmotoren 31 geschwindigkeitsgeregelt angetrieben werden, so dass die Faserstrang-Geschwindigkeit und dementsprechend der Faserstrang-Durchsatz einstellbar ist. Mit der entsprechenden Spindeldrehzahl wird die zu schneidende Faserlänge bestimmt.
Zu jeder Gegen-Klinge 55, 56 können auch mehrere Faserstränge 2 über jeweils ein gemeinsames Zuführrohr 36 oder über mehrere, für jeden Faserstrang 2 eigene Zuführröhre 36 zugeführt werden.
Damit für die hochzähen Faserstränge 2 eine fortwährend gute Schnittqualität erzielt wird, wird die Position jeder der Gegen-Klingen 55, 56 zu den rotierenden Klingen 41, 42 in einem engen Toleranzbereich geregelt. Hierdurch können thermische Veränderungen in der Schneidvorrichtung 1 und/oder ein Verschleiß der Klingen 41, 42 bzw. der Gegen-Klingen 55, 56 kompensiert werden.
Mittels der Messsensoren 27 wird eine in z-Richtung wirkende z-Komponente der Kraft F₁ bzw. F₂ gemessen, die während eines Schneidvorgangs auf die jeweilige Gegen-Klinge 55, 56 bzw. Gegen-Schneidkante G₁, G₂ wirkt. Die in z-Richtung wirkenden Kräfte werden nachfolgend als z-Kräfte F₁(z) und F₂(z) bezeichnet. Diese Kräfte entsprechen der jeweiligen Spreizkraft zwischen den sich kontaktierenden Klingen 41, 42 und Gegen-Klingen 55, 56. Ein den z-Kräften F₁(z) und F₂(z) entsprechendes Messsignal M₁, M₂ wird an die Steuereinheit 40 übermittelt. Die Steuereinheit 40 wertet die Messsignale M₁, M₂ aus und vergleicht diese mit einem vorgegebenen Spreizkraft-Sollwert. In Abhängigkeit der Vergleichsergebnisse werden Stellsignale R₁ und R₂ für die Stellantriebe 19 der Verstelleinrichtungen 12, 13 erzeugt und an diese übermittelt. Die Stellantriebe 19 werden entsprechend den Stellsignalen R₁ und R₂ positioniert, wodurch über das jeweilige Untersetzungsgetriebe 15 das zugehörige Betätigungselement 16 linear verlagert wird. Durch die lineare Verlagerung wird das zugehörige Federelement 22 sowie das zugehörige Verbindungsteil 21 ge- oder entspannt, so dass die Stiel-Abschnitte 25 um die zugehörigen Schwenkachsen 26 verschwenkt und die Gegen-Schneidkanten G₁, G₂ relativ zu der Schneidebene E verlagert werden. Mit den Messsensoren 27 und den Verstelleinrichtungen 12, 13 werden somit Regelkreise für die Gegen-Schneidkanten G₁, G₂ ausgebildet.
Zusätzlich messen die Messsensoren 27 während eines Schneidvorgangs eine in x-Richtung wirkende x-Komponente sowie eine in y-Richtung wirkende y-Komponente der Kräfte F₁ und F₂, die auf die Gegen-Klingen 55, 56 wirken. Die x-Komponente sowie die y-Komponente der jeweiligen Kraft F₁ bzw. F₂ werden nachfolgend als x-Kraft F₁(x) bzw. F₂(x) und y-Kraft F₁(y) bzw. F₂(y) bezeichnet. Die x-Kraft F₁(x), F₂(x) und/oder die y-Kraft F₁(y), F₂(y) entsprechen einer Schneidkraft auf die jeweilige Gegen-Klinge 55, 56 während des Schneidvorgangs. Diese Kräfte können dementsprechend zur Detektion einer verschleißenden bzw. stumpfen Schneidkante S₁, S₂ oder Gegen-Schneidkante G₁, G₂ genutzt werden.
Die Untersetzung von dem jeweiligen Stellantrieb 19 über das Untersetzungsgetriebe 15, die Steigung des Außengewindes 18, die Steifigkeit des Federelements 22 und des elastischen Verbindungsteils 21 einschließlich dessen Hebeverhältnisses sind derart gewählt, dass die Position der zugehörigen Gegen-Schneidkante G₁, G₂ im Teilbereich eines Mikrometers verstellbar ist.
Die Faserstränge 2 werden zwischen den Gegen-Schneidkanten G₁ und G₂ und den daran entlang rotierenden Schneidkanten S₁ und S₂ in Stücke einer gewünschten Länge zerschnitten. Die Länge der Stücke kann über die Rotationsgeschwindigkeit der Schneidspindel 4 und/oder über die Geschwindigkeit der Faserstränge 2 eingestellt werden.
Da bei verschleißenden Schneidkanten S₁, S₂ bzw. Gegen-Schneidkanten G₁, G₂ die gewünschte Schnittqualität nur mit größerer Spreizkraft erreicht werden kann, kann die fortwährende Spreizkraftsteigerung beispielsweise über die Anzahl der Klingenkontakte und/oder über eine Bild verarbeitende Schnittqualitätsauswertung und/oder über eine Schneidkraftauswertung bis zum erforderlichen Klingenwechsel zum Zwecke einer stabilen und gleichbleibend guten Regelung kompensiert werden.
Die Schneidwinkel α₁, α₂ sind vorzugsweise ausgehend von einem entsprechenden Sollwinkel lediglich ins Minus toleriert, damit eine toleranzbedingte Spreizkraftsteigerung während dem Klingenkontakt zum Auslauf hin erfolgt.
Die Schneidspindel 4 wird vorzugsweise über den Riementrieb 9 angetrieben, da hierdurch mehrere Schneidspindeln 4 mit einem gemeinsamen Spindelantrieb 8 angetrieben werden können. Alternativ kann die Schneidspindel mit einem nicht dargestellten Direktantrieb angetrieben werden.
Die Klingen 41, 42 sowie die Gegen-Klingen 55, 56 können bei der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung 1 somit individuell, also unabhängig voneinander verlagert und in der Schneidebene E positioniert werden. Die Position der Gegen-Klingen 55, 56 wird mittels der Messsensoren 27 und den elektromotorischen Verstelleinrichtungen 12, 13 geregelt.

Claims

Schneidvorrichtung zum Scherschneiden von Fasersträngen mit – einem Grundgestell (3), – mindestens zwei Schneideinheiten (5, 6), – die jeweils eine Klinge (41, 42) mit einer Schneidkante (S₁, S₂) aufweisen, wobei – eine erste Schneidkante (S₁) eine Schneidebene (E) definiert und – eine zweite Schneidkante (S₂) unabhängig von der ersten Schneidkante (S₁) verlagerbar und in der Schneidebene (E) positionierbar ist, – die an einer an dem Grundgestell (3) befestigten Schneidspindel (4) angeordnet sind, die um eine senkrecht zu der Schneidebene (E) verlaufende Drehachse (7) drehantreibbar ist, – mindestens zwei Gegen-Schneideinheiten (10, 11), – die jeweils eine Gegen-Klinge (55, 56) mit einer Gegen-Schneidkante (G₁, G₂) aufweisen, wobei – die Gegen-Schneidkanten (G₁, G₂) unabhängig voneinander mittels einer jeweiligen elektromotorischen Verstelleinrichtung (12, 13) verlagerbar und in der Schneidebene (E) positionierbar sind und – eine auf die jeweilige Gegen-Schneidkante (G₁, G₂) wirkende Kraft (F₁, F₂) mittels eines jeweiligen Messsensors (27) als Messsignal (M₁, M₂) erfassbar ist, und – die um die Drehachse (7) fest an dem Grundgestell (3) angeordnet sind, – mindestens zwei Faser-Zuführeinheiten (29, 30) zum Zuführen von Fasersträngen (2) zwischen die mindestens zwei Schneidkanten (S₁, S₂) und die jeweils zugehörigen Gegen-Schneidkanten (G₁, G₂), und – einer Steuereinheit (40), die derart ausgebildet ist, dass jede der Gegen-Schneidkanten (G₁, G₂) in Abhängigkeit des zugehörigen Messsignals (M₁, M₂) relativ zu der Schneidebene (E) mittels der jeweiligen elektromotorischen Verstelleinrichtung (12, 13) verlagerbar ist.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsensoren (27) piezo-elektrisch ausgebildet sind.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messsensoren (27) jeweils eine auf die Gegen-Klinge (55, 56) in einer z-Richtung wirkende Kraft (F₁, F₂) messbar ist, wobei die z-Richtung senkrecht zu der Schneidebene (E) verläuft.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messsensoren (27) jeweils eine auf die Gegen-Klinge (55, 56) in einer x-Richtung und/oder einer y-Richtung wirkende Kraft (F₁, F₂) messbar ist, wobei die x- und die y-Richtung parallel zu der Schneidebene (E) verlaufen.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsensoren (27) jeweils zwischen der Gegen-Klinge (55, 56) und der elektromotorischen Verstelleinrichtung (12, 13) angeordnet sind.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtungen (12, 13) jeweils ein gabelförmiges und elastisches Verbindungsteil (21) aufweisen, an dem die jeweilige Gegen-Klinge (55, 56) angeordnet und relativ zu dem Grundgestell (3) um eine Schwenkachse (26) verschwenkbar ist.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtungen (12, 13) jeweils ein Federelement (22) aufweisen, das mittels eines Stellantriebs (19) spann- und entspannbar ist und zum Verschwenken der Gegen-Klinge (55, 56) mit dem Verbindungsteil (21) zusammen wirkt.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtungen (12, 13) jeweils ein Untersetzungsgetriebe (15) mit einem Betätigungselement (16) aufweisen, das die Drehbewegung eines Stellantriebs (19) in eine lineare Bewegung des Betätigungselements (16) wandelt, wobei das Betätigungselement (16) zum Verschwenken der Gegen-Klinge (55, 56) mit dem Verbindungsteil (21), insbesondere mit dem Federelement (22) zusammenwirkt.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klingen (41, 42) und die Gegen-Klingen (55, 56) rotationssymmetrisch um die Drehachse (7) angeordnet sind.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Klingen (41, 42) der Anzahl der Gegen-Klingen (55, 56) entspricht.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegen-Klingen (55, 56) jeweils ein Langloch (57) aufweisen, durch das ein Befestigungselement (28) derart geführt ist, dass die Gegen-Klingen (55, 56) entlang ihrer jeweiligen Längsachse (L₂, L₃) verlagerbar sind.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Klingen (41, 42) jeweils ein Langloch (43) aufweisen, durch das ein Befestigungselement (46) derart geführt ist, dass die Klingen (41, 42) entlang ihrer jeweiligen Längsachse (L₁) mittels einer Einstellmechanik (50, 51) verlagerbar sind.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Klingen (41, 42) relativ zu der Schneidebene (E) in einem spitzen Winkel (β₁, γ) derart angeordnet sind, dass durch Verlagern der Klingen (41, 42) entlang ihrer Längsachsen (L₁) die zugehörigen Schneidkanten (S₁, S₂) zu der Schneidebene (E) verlagerbar sind.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Klingen (41, 42) jeweils zwischen zwei Klemmelementen (44, 45) angeordnet sind, die in radialer Richtung an der Schneidspindel (4) formschlüssig befestigt sind.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Klingen (41, 42) jeweils zwei seitliche Anlageflächen (A₁, A₂) aufweisen, wobei eine erste Anlagefläche (A₁) gegen die Schneidspindel (4) und eine zweite Anlagefläche (A₂) gegen ein exzentrisch verschwenkbares Befestigungselement (54) anliegt.