Schneidemaschine zum Schneiden von Blockmaterialien

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden von Blockmaterialien, eine Schneidemaschine zum Schneiden von Blockmaterialien und ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Schneidemaschine.

Schneidemaschinen für Blockmaterialien wie beispielsweise geschäumte Materialien werden dazu verwendet, um Formstücke aus den Materialblöcken zu schneiden. Dies hat den Vorteil, dass das Material zunächst auf einfache Art und Weise in großen Blöcken bereitgestellt werden kann und je nach Bedarf die entsprechenden Formteile aus diesen Blöcken geschnitten werden können.

Bei sogenannten Konturschneidemaschinen werden u. a. oszillierende Messer eingesetzt, die beispielsweise mit einer Frequenz zwischen 20 und 50 Hertz oszillieren, wobei die Messer während der Oszillation einen Hub zwischen 25 und 60 mm ausführen.

Die verwendeten Messer können unterschiedlich ausgebildet sein wie beispielsweise als glattes oder gezahntes Messer oder auch als Schneidedraht oder Säge. Um ein gutes und über die gesamte Maschinenbreite gleichbleibendes Schneideergebnis zu erzielen ist es von Vorteil, dass das Messer unter Zugspannung gesetzt wird. Je nach Messerart kann die Zugspannung zwischen 300 und 700 N/mm ² betragen. Bei der oszillierenden Bewegung des Messerelementes besteht jedoch häufig die Schwierigkeit, dass jede Richtungsänderung des Messerelementes während der Oszillationsbewegung auch zu einer Veränderung der Messerspannung führen kann, sodass das Messer entspannt und wieder gespannt wird. Da jedoch ein zufriedenstellendes Scheideergebnis nur mit einer möglichst gleichbleibenden Messerspannung erreicht wird, wurde vielfach versucht, Schneidemaschinen bereitzustellen, die bei einer oszillierenden Bewegung des Messerelementes eine möglichst gleichbleibende Spannung des Messerelementes aufrecht erhalten können.

Aus der DE 38 12 587 ist beispielsweise bekannt, das Messerelement mit einem Umlenkdraht zu verbinden, der zusammen mit dem Messerelement einen geschlossenen Ring bildet. Der Umlenkdraht wird über Umlenkrollen geführt und über einen Antriebsmechanismus angetrieben. Eine derartige Schneidemaschine ermöglicht ein relativ gutes Schnittergebnis, da die Messerspannung während der Oszillationsbewegung relativ konstant bleibt. Jedoch ist der Umlenkdraht sehr verschleißanfällig, sodass bei nahezu jedem Messerwechsel auch dieser ausgetauscht werden muss, was zu erheblichen Kosten führt. Auch die Umlenkscheiben sind aufgrund der Oszillationsbewegung, mit der sie bewegt werden, stark verschleißbehaftet. Die Umlenkscheiben übertragen darüber hinaus die Oszillationsbewegung als Vibration auf die Maschinenkörper, sodass die Genauigkeit des Schnittergebnisses begrenzt ist. Darüber hinaus erfordert die Lösung mit dem Umlenkdraht einen vorrichtungstechnisch großen Aufwand, da der Umlenkdraht mit ausreichendem Abstand zu dem Messerelement umgeführt werden muss, damit auch große Blockmaterialien geschnitten werden können. Dadurch ist ein sehr großer Maschinenrahmen notwendig, was aufgrund des vorrichtungstechnischen Aufwandes zu ebenfalls hohen Kosten führt. Aus der DE 4 309 327 C2 ist ein alternativer Antrieb für eine Schneidemaschine bekannt. Bei diesem werden über einen gemeinsamen Motor zwei Antriebsmechanismen für die Messerenden angetrieben. Die Antriebsmechanismen werden drehzahlsynchron in eine Rotationsbewegung versetzt, wobei jeweils über eine Exzenterscheibe mit Schubstange die translatorische Bewegung des Messerelementes erzeugt wird. Aufgrund der Umwandlung der rotatorischen Bewegung in die translatorische Bewegung bleiben jedoch die Anlenkpunkte zwischen den Antriebsmechanismen und dem Messer während einer Umdrehung der Antriebsmechanismen nicht in gleichem Abstand, sodass sich während des Betriebs die Spannung des Messerelementes ändert. Aufgrund des gemeinsamen Antriebs über einen Motor ist darüber hinaus ein großer, vorrichtungstechnischer Aufwand notwendig, der darüber hinaus einen großen Platzbedarf hat. Dadurch ist ähnlich der aus DE 3 812 587 bekannten Lösung ein großer Platzbedarf mit daraus resultierenden hohen Herstellungskosten notwendig.

Die DE 4 393 341 B4 schlägt daher vor, zwei Antriebseinheiten an den Enden eines Schneideelementes anzuordnen, wobei jede Antriebseinheit eine Spannvorrichtung aufweist, über die während des Betriebs kontinuierlich eine Kraft auf das Schneideelement ausgeübt wird, um dieses während der Oszillationsbewegung in Spannung zu halten. Eine derartige Lösung ist jedoch unbefriedigend, da die Spannungsvorrichtungen zu träge sind, um die hochdynamischen Spannungsunterschiede auszugleichen und es eines vorrichtungstechnisch sehr großen Aufwandes bedarf, um derartige Spannungsvorrichtungen bereitzustellen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Schneidemaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass mit vorrichtungstechnisch geringem Aufwand eine oszillierende Schneidebewegung erzeugbar ist, wobei das Messerelement eine möglichst gleichbleibende Spannung besitzt. Ferner ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Schneiden von Blockmaterialien bereitzustellen. Zur Lösung der Aufgabe dienen die Merkmaie des Anspruchs 1, 10 und 15.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schneiden von Blockmaterialien, insbesondere geschäumten oder expandierten Materialien, ist es vorgesehen, ein Messerelement mit einem ersten und einem zweiten Ende zum Ausführen einer Hin- und Herbewegung in Längsrichtung translatorisch anzutreiben, wobei das erste und das zweite Ende des Messerelementes angetrieben werden. Der Antrieb des ersten Endes des Messerelementes erfolgt über die Umwandlung einer ersten Rotationsbewegung in eine erste Translationsbewegung und der Antrieb des zweiten Endes des Messerelementes über die Umwandlung einer zweiten Rotationsbewegung in eine zweite, der ersten Translationsbewegung gleichläufige Translationsbewegung. Die Drehzahl der ersten Rotationsbewegung ist auf ganze Umdrehungen bezogen gleich der Drehzahl der zweiten Rotationsbewegung. Bei einer Umdrehung der ersten und der zweiten Rotationsbewegung weist die erste Rotationsbewegung in einem ersten und zweiten Teilbereich der Umdrehung eine größere Winkelgeschwindigkeit auf als die zweite Rotationsbewegung und in einem dritten und vierten Teilbereich der Umdrehung weist die zweite Rotationsbewegung eine größere Winkelgeschwindigkeit auf als die erste Rotationsbewegung. Zu Beginn bzw. am Ende einer Umdrehung und am Übergang zwischen dem zweiten und dritten Teilbereich der Umdrehung weisen die erste und die zweite Rotationsbewegung eine gleiche Winkelgeschwindigkeit auf.

Mit anderen Worten benötigen beide Rotationsbewegungen für eine Umdrehung exakt die gleiche Zeit. Jedoch werden die Rotationsbewegungen während einer Umdrehung unterschiedlich beschleunigt und abgebremst, sodass während einer Umdrehung beide Rotationsbewegungen unterschiedliche Winkelgeschwindigkeitsverläufe besitzen. Die Rotationsbewegungen besitzen somit identische Drehzahlen, laufen jedoch während einer Umdrehung nicht synchron. Es hat sich herausgestellt, dass durch eine derartige Steuerung der Rotationsbewegungen, die aufgrund der Umwandlung der Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung entstehen, Längenabweichungen zwischen den Anlenkpunkten des Messerelementes kompensiert werden können, sodass bei einer oszillierenden Translationsbewegung des Messerelementes eine im Wesentlichen gleichbleibende Messerspannung aufrecht erhalten werden kann.

Es kann vorgesehen sein, dass die erste Rotationsbewegung im ersten und vierten Teilbereich der Umdrehung beschleunigt und im zweiten und dritten Teilbereich abgebremst wird.

Auch kann vorgesehen sein, dass die zweite Rotationsbewegung im ersten und vierten Teilbereich der Umdrehung abgebremst und im zweiten und dritten Teilbereich beschleunigt wird. Durch derartige Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge während einer Umdrehung kann das gewünschte Geschwindigkeitsprofil erreicht werden.

Die Winkelgeschwindigkeitsprofile der Rotationsbewegungen sind derart ausgebildet, dass nach der Hälfte der durchschnittlichen Dauer einer Umdrehung die beiden Rotationsgeschwindigkeiten die gleiche Winkelgeschwindigkeit besitzen. Mit anderen Worten erfolgt der Übergang zwischen dem zweiten und dritten Teilbereich der Umdrehung nach der Hälfte der Zeit, die im Durchschnitt für eine Umdrehung benötigt wird. Bei einem Übergang von einer Umdrehung zu der nächsten erreichen die beiden Rotationsbewegungen wieder die gleiche Geschwindigkeit, sodass zu Beginn bzw. am Ende einer Umdrehung die gleiche Winkelgeschwindigkeit bei beiden Rotationsbewegungen vorliegt.

Bei dem erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsprofil kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei gedachten, äquivalenten Punkten, die die beiden Rotationsbewegungen ausführen, der Punkt der ersten Rotationsbewegung zunächst dem Punkt der zweiten Rotationsbewegung nachläuft. Durch die Beschleunigung der ersten Rotationsbewegung im ersten Teilbereich und dem Abbremsen der zweiten Rotationsbewegung im ersten Teilbereich holt der Punkt der ersten Rotationsbewegung gegenüber dem Punkt der zweiten Rotationsbewegung auf, sodass nach etwa V der Zeit, die im Durchschnitt für eine Umdrehung benötigt wird, beide Punkte die 90° Markierung erreichen . Dabei hat die erste Rotationsbewegung einen Winkelbereich größer 90° zurückgelegt, während die zweite Rotationsbewegung einen Winkelbereich geringer 90° zurückgelegt hat. Der gedachte Punkt der ersten Rotationsbewegung überholt somit nun den Punkt der zweiten Rotationsbewegung, wobei es in dem zweiten Bereich der Umdrehung zu einem Abbremsen der ersten Rotationsbewegung und zu einer Beschleunigung der zweiten Rotationsbewegung kommt. Bei der Hälfte der Umdrehungszeit und somit dem Übergang zwischen dem zweiten und dem dritten Bereich der Umdrehung läuft die erste Rotationsbewegung mit einem Abstand der zweiten Rotationsbewegung voraus, der dem Abstand der Punkte, der zu Beginn der Umdrehung vorlag, gleicht, jedoch in umgekehrter Reihenfolge. Zu diesem Zeitpunkt haben beide Rotationsgeschwindigkeiten wieder die gleiche Winkelgeschwindigkeit erreicht. Die zweite Rotationsbewegung wird im dritten Bereich der Umdrehung beschleunigt, während die erste Rotationsbewegung abgebremst wird, sodass sich nach % der durchschnittlichen Umdrehungszeit beide gedachten Punkte bei etwa 270° gleichauf befinden. Durch die höhere Winkelgeschwindigkeit überholt der gedachte Punkt der zweiten Rotationsbewegung den gedachten Punkt der ersten Rotationsbewegung, wobei nur die zweite Rotationsbewegung im vierten Bereich der Umdrehung abgebremst wird, wohingegen die erste Rotationsbewegung wiederrum beschleunigt wird, bis am Ende der Umdrehung beide Rotationsbewegungen wiederum die gleiche Geschwindigkeit und die Punkte den Abstand, der zu Beginn der Umdrehung vorlag, aufweisen. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die erste und zweite Rotationsbewegung durch einen ersten und einen zweiten Servomotor erzeugt wird. Da die Messerelemente bei den Schneidvorgängen mit sehr hohen Frequenzen oszillieren, beispielsweise 20 bis 60 Hertz, sind die Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge der Rotationsbewegungen hoch dynamisch. Es hat sich herausgestellt, dass derartige hochdynamische Vorgänge besonders gut durch moderne Servomotoren erzeugt werden können.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die erste und zweite Rotationsbewegung jeweils über eine Exzenterscheibe mit Schubstange in die erste und zweite Translationsbewegung umgewandelt wird. Über derartige Vorrichtungen ist eine Umwandlung von einer Rotationsbewegung mit einer Translationsbewegung auf konstruktiv einfache Art und Weise umsetzbar.

Bei einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass eine Steuerung der ersten und zweiten Rotationsbewegung über eine Master- Slave-Steuerung erfolgt, wobei eine Ist-Winkelgeschwindigkeit der ersten Rotationsbewegung als Soll-Winkelgeschwindigkeit der zweiten Rotationsbewegung oder eine Ist-Winkelgeschwindigkeit der zweiten Rotationsbewegung als Soll-Winkelgeschwindigkeit der ersten Rotationsbewegung vorgegeben wird. Eine derartige Steuerung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, um die erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsprofile der Rotationsbewegungen zu erzeugen. Die erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsprofile werden erreicht, in dem diese der Master-Slave-Steuerung als weitere Steuerbefehle überlagert werden.

Die Winkelgeschwindigkeiten der ersten und/oder der zweiten Rotationsbewegung können sich während einer Umdrehung periodisch verändern. In einem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass das Messerelement um eine Achse in Längsrichtung des Messerelementes drehbar ist. Auf diese Weise können verschiedene Ebenenschnitte mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden.

In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass während einer Umdrehung auftretende Drehwinkeldifferenzen zwischen der ersten und der zweiten Rotationsbewegung maximal 10° betragen.

Die Erfindung sieht ferner eine Schneidemaschine zum Schneiden von Blockmaterialien, insbesondere geschäumten oder expandierten Materialien vor. Die Schneidemaschine weist einen Maschinenrahmen und ein Messerelement mit einem ersten und einem zweiten Ende auf. Eine Führungsvorrichtung führt das Messerelement in eine Längsrichtung des Messerelementes, sodass dieses nur eine Translationsbewegung in Längsrichtung des Messerelementes ausführen kann. Die Schneidemaschine weist eine erste und eine zweite Antriebseinheit auf, wobei die erste Antriebseinheit mit dem ersten Ende des Messerelementes und die zweite Antriebseinheit mit dem zweiten Ende des Messerelementes gekoppelt ist. Die erste oder die zweite Antriebseinheit ist auf einer Spannvorrichtung angeordnet, über die eine Spannung des Messerelementes einstellbar ist. Die erste und die zweite Antriebseinheit weisen jeweils einen Servomotor und eine an dem Servomotor gekoppelte Exzenterscheibe mit Schubstange auf, wobei jeweils eine der Schubstangen mit dem ersten und dem zweiten Ende des Messerelementes verbunden ist. Eine gemeinsame Steuerungsvorrichtung steuert die Servomotoren der ersten und zweiten Antriebseinheit. Die Steuerungsvorrichtung treibt die Servomotorendrehzahl, bezogen auf eine ganze Umdrehung, synchron an und bremst und beschleunigt während einer Umdrehung der Servomotoren mindestens einen der Servomotoren. Dadurch weist der Servomotor der ersten Antriebseinheit in einem ersten und zweiten Teilbereich der Umdrehung eine größere Winkelgeschwindigkeit auf als der Servomotor der zweiten Antriebseinheit und in einem dritten und vierten Teilbereich der Umdrehung weist der Servomotor der zweiten Antriebseinheit eine größere Winkelgeschwindigkeit auf als der Servomotor der ersten Antriebseinheit.

Eine derartige Schneidemaschine kann aufgrund der beiden lediglich gemeinsam gesteuerten Antriebseinheiten sehr kompakt ausgeführt werden, wobei mit Hilfe der beiden Antriebseinheiten dennoch gewährleistet werden kann, dass während der oszillierenden Bewegung des Messerelementes dieses die gewünschte gleichbleibende Spannung aufweist. Dadurch kann ein sehr gutes Schnittergebnis erzielt werden. Der Maschinenrahmen, an dem das Messerelement angeordnet ist, kann sehr kompakt gehalten werden, sodass bei den für den Schnitt notwendigen Bewegungen des Maschinenrahmens im Vergleich zu den aufwändigen Konstruktionen des Standes der Technik, eine wesentlich geringere Masse bewegt werden muss, sodass auch dies zu einem verbesserten Schnittergebnis führt. Da jede Antriebseinheit jeweils nur aus einem Servomotor, einer Exzenterscheibe und einer Schubstange besteht, ist die erfindungsgemäße Schneidemaschine konstruktiv einfach ausgeführt und somit kostengünstig herstellbar. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Schneidemaschine aufgrund der wenigen bewegten Teile und des einfachen Aufbaus sehr wartungs- und verschleißarm.

In einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schneidemaschine kann vorgesehen sein, dass die Steuerungsvorrichtung eine Master-Slave-Steuerung ist, wobei die Steuerungsvorrichtung eine Ist- Winkelgeschwindigkeit des ersten Servomotors ermittelt und dem zweiten Servomotor als Soll- Winkelgeschwindigkeit vorgibt oder eine Ist- Winkelgeschwindigkeit des zweiten Servomotors ermittelt und dem ersten Servomotor als Soll- Winkelgeschwindigkeit vorgibt. Auf diese Art und Weise ist eine Steuerung der Servomotoren der erfindungsgemäßen Schneidemaschine zum Erreichen des gewünschten Geschwindigkeitsprofils auf besonders einfache Art und Weise möglich, wobei erreicht wird, dass bezogen auf ganze Umdrehungen ein drehzahlsynchroner Betrieb der Servomotoren auf einfache Art und Weise möglich ist.

Bei der erfindungsgemäßen Schneidemaschine muss die gewünschte Messerspannung lediglich zu Beginn des Betriebs über eine Spannvorrichtung eingestellt werden. Durch die Geschwindigkeitsprofile der Servomotoren wird mit der erfindungsgemäßen Schneidemaschine gewährleistet, dass keine oder nur äußerst geringe Änderungen der Spannung des Messerelementes während der Oszillationsbewegung auftreten, sodass die Spannvorrichtung diese nicht ausgleichen muss. Lediglich eventuell während des Betriebs auftretende Längenänderungen des Messerelementes durch beispielsweise Erwärmungseffekte müssen während des Betriebs durch die Spannvorrichtung ausgeglichen werden.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Spannvorrichtung aus einer in Längsrichtung des Messerelementes verfahrbaren Platte besteht, auf der die erste oder die zweite Antriebsvorrichtung angeordnet ist. Durch das Vorsehen einer verfahrbaren Platte ist ein Spannen des Messerelementes auf konstruktiv einfache Art und Weise möglich, da mit der Spannvorrichtung eine komplette Antriebsvorrichtung verschoben wird.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass über die Führungsvorrichtung das Messerelement um eine Achse in Längsrichtung des Messerelementes verdrehbar ist. Dadurch können mit der erfindungsgemäßen Schneidemaschine Schnitte in verschiedenen Ebenen ausgeführt werden.

Das Messerelement der erfindungsgemäßen Schneidemaschine kann vertikal oder horizontal angeordnet sein. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Servomotoren vertikal und die Exzenterscheiben in einer horizontalen Ebene angeordnet sind.

Durch das Vorsehen der Exzenterscheiben in einer horizontalen Ebene muss die an der Exzenterscheibe angebrachte Schubstange nicht entgegen der Schwerkraft bewegt werden, sodass Einflüsse auf die Drehbewegung der Exzenterscheibe aufgrund von äußeren Einflüssen der Schwerkraft vermieden werden. Durch das Anordnen des Servomotors in vertikaler Richtung kann die Exzenterscheibe in vorteilhafter Weise mit dem Antrieb des Servomotors verbunden werden.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schubstangen eine Länge zwischen 150 mm und 300 mm aufweisen. Es hat sich herausgestellt, dass durch die geschickte Wahl der Länge der Schubstange die für die Erfindung notwendige maximale Winkeldifferenz zwischen den beiden Rotationsbewegungen verringert werden kann, wodurch die Belastung der Servomotoren ebenfalls verringert wird. Durch längere Schubstangen könnte die notwendige Winkeldifferenz weiter verringert werden, wobei jedoch die längeren Schubstangen die Baugröße einer erfindungsgemäßen Schneidemaschine ebenfalls vergrößern würden. Daher ist es von Vorteil, einen Kompromiss zwischen den beiden Werten zu finden.

Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Schneidemaschine vor. Dabei werden die Servomotoren der ersten und der zweiten Antriebseinheit der Schneidemaschine auf ganze Umdrehungen bezogen mit der gleichen Drehzahl angetrieben. Zum Beginn und am Ende einer Umdrehung der Servomotoren der ersten und zweiten Antriebseinheit weisen die Servomotoren die gleiche Geschwindigkeit auf. Im ersten und vierten Teilbereich der Umdrehung wird der Servomotor der ersten Antriebseinheit beschleunigt und/oder der Servomotor der zweiten Antriebseinheit abgebremst. Im zweiten und im dritten Teilbereich der Umdrehung wird der Servomotor der ersten Antriebseinheit abgebremst und/oder der Servomotor der zweiten Antriebseinheit beschleunigt.

Beim Übergang zwischen dem zweiten und dritten Teilbereich der Umdrehung besitzen die Servomotoren wieder die gleiche Geschwindigkeit.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Schneidemaschine kann somit vorgesehen sein, dass der Servomotor beispielsweise der ersten Antriebseinheit nicht beschleunigt oder abgebremst wird wohingegen zum Erzeugen der gewünschten Geschwindigkeitsdifferenz während einer Umdrehung der Servomotor der zweiten Antriebseinheit abgebremst bzw. beschleunigt wird. Auch ist es möglich, dass umgekehrt der Servomotor der zweiten Antriebseinheit eine konstante Geschwindigkeit beibehält und die Geschwindigkeitsänderungen an dem Servomotor der ersten Antriebseinheit durchgeführt werden. Um zu vermeiden, dass einer der Servomotoren gegenüber dem anderen aufgrund der hochdynamischen Prozesse übermäßig belastet wird und somit schneller verschleißt, hat sich herausgestellt, dass es von Vorteil ist, die Servomotoren der ersten und zweiten Antriebseinheit möglichst gleichmäßig zu belasten, sodass bevorzugt die erfindungsgemäße Schneidemaschine betrieben wird, indem während des Beschleunigens des Servomotors der ersten Antriebseinheit der Servomotor der zweiten Antriebseinheit abgebremst wird und umgekehrt während der Beschleunigung des Servomotors der zweiten Antriebseinheit der Servomotor der ersten Antriebseinheit abgebremst wird.

Die gewünschte Ausgleichsbewegung wird somit auf beide Servomotoren im gleichen Maße verteilt. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Schneidemaschine kann somit die aufgrund der Umwandlung von Rotationsbewegungen in Translationsbewegungen des Messerelementes auftretenden Unterschiede im Abstand zwischen den Anlenkpunkten des Messerelementes vollständig kompensieren, sodass eine gleichbleibende Spannung des Messerelementes erreicht werden kann.

Als Messerelemente im Rahmen der Erfindung können glatte oder gezahnte Messer oder auch Schneidedrähte dienen. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder mit der erfindungsgemäßen Schneidemaschine schneidbaren Blöcke können aus Schaumstoffen oder expandierten Materialien bestehen. Die Blöcke können beispielsweise aus PU-, PE-, PP-, PS-, oder PVC-Materialien bestehen.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 Eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen

Schneidemaschine,

Fig. 2 den Winkelverlauf der ersten und zweiten Rotationsbewegung während einer Umdrehung und

Fig. 3 ein Diagramm, indem die durch die Geschwindigkeitsunterschiede auftretenden Winkelabweichungen der beiden

Rotationsbewegungen dargestellt sind.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Schneidemaschine 1 zum Schneiden von Blockmaterialien, insbesondere geschäumten oder expandierten Materialien schematisch in der Seitenansicht dargestellt. Die Schneidemaschine 1 weist einen Maschinenrahmen 3 auf, an dem ein Messerelement 5 mit einem ersten Ende 5a und am zweiten Ende 5b angeordnet ist. Das Messerelement 5 ist in einer Führungsvorrichtung 7, die aus zwei Teilen besteht, gelagert, sodass das Messerelement 5 in einer Längsrichtung des Messerelementes 5 geführt ist.

Die nicht dargestellten Blockmaterialien werden der Schneidemaschine 1 über herkömmliche Fördereinrichtungen zugeführt. Alternativ wird die Schneidemaschine 1 zum Schneiden bezüglich der Blockmaterialien verfahren.

Somit kann das Messerelement 5 lediglich eine translatorische Bewegung in Längsrichtung des Messerelementes 5 durchführen. Die Längsrichtung des Messerelementes 5 ist in Fig. 1 durch einen Doppelpfeil gekennzeichnet.

Das erste und das zweite Ende 5a, 5b des Messerelementes 5 durchdringen die beiden Teile der Führungsvorrichtung 7. Das erste und das zweite Ende 5a, 5b des Messerelementes 5 können dabei als Vierkant ohne Schneide ausgebildet sein. Eine erste Antriebseinheit 9 ist mit dem ersten Ende 5a des Messerelementes 5 gekoppelt und eine zweite Antriebseinheit 11 ist mit dem zweiten Ende 5b des Messerelementes 5 gekoppelt.

Die erste und die zweite Antriebseinheit 9, 11 weisen jeweils einen Servomotor 13 auf. Jeder Servomotor 13 hat einen Abtrieb 13a, mit dem eine Exzenterscheibe 15 gekoppelt ist. An der Exzenterscheibe ist exzentrisch eine Schubstange 17 angebracht, die zur Verbindung mit dem ersten und zweiten Ende 5a, 5b des Messerelementes dient. Die erste Antriebseinheit 9 und die zweite Antriebseinheit 11 sind somit über die Schubstangen mit dem ersten Ende 5a und dem zweiten Ende 5b des Messerelementes 5 verbunden.

Über die Exzenterscheiben 15 und die Schubstangen 17 sowie die Führungsvorrichtung 7 wird die rotatorische Bewegung des Servomotoren 13 in eine translatorische Bewegung des Messerelementes 5 umgewandelt. Die Umwandlung der Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung führt bei exakt gleichen Geschwindigkeitsprofilen der Exzenterscheiben dazu, dass die Kopplungspunkte zwischen den Schubstangen 17 und dem ersten Ende 5a und dem zweiten Ende 5b des Messerelementes 5 bei einer Umdrehung der Exzenterscheiben 15 unterschiedliche Abstände aufweisen, sodass die Spannung im Messerelement 5 variieren würde. Um einen sauberen Schnitt mit der erfindungsgemäßen Schneidemaschine 1 zu verwirklichen, ist es jedoch notwendig, dass die Messerspannung nahezu konstant ist.

Daher werden die Servomotoren 13 mit einer gemeinsamen Steuerungsvorrichtung 19 gesteuert. Die Steuerungsvorrichtung 19 steuert die Servomotoren 13, bezogen auf ganze Umdrehungen, drehzahlsynchron. Während einer Umdrehung werden die Servomotoren 13 jedoch abwechselnd abgebremst und wieder beschleunigt, sodass der Servomotor 13 der ersten Antriebseinheit 9 in einem ersten und einem zweiten Teilbereich der Umdrehung eine größere Winkelgeschwindigkeit aufweist als der Servomotor 13 der zweiten Antriebseinheit 11 und in einem dritten und einem vierten Teilbereich der Umdrehung der Servomotor 13 der zweiten Antriebseinheit 11 eine größere Winkelgeschwindigkeit aufweist als der Servomotor 13 der ersten Antriebseinheit 9.

Die gemeinsame Steuerungsvorrichtung 19 kann dabei aus einer CNC- Steuerung und zwei Reglern für die Servomotoren 13 bestehen. Die CNC- Steuerung gibt daher den Reglern die Drehzahl vor. In den Reglern ist das entsprechende Geschwindigkeitsprofil als Vorgabe hinterlegt.

Auf diese Weise können die aufgrund der Umwandlung der rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung entstehenden Abstandsunterschiede kompensiert werden, indem während einer Umdrehung die Servomotoren 13 den Antriebseinheiten 9, 11 gegenüber dem anderen vor- bzw. nacheilen. Um die Spannung des Messerelementes 5 vor Beginn eines Schnittes einzustellen, ist die zweite Antriebseinheit 11 auf einer Spannvorrichtung 21 in Form einer verschiebbaren Platte angeordnet. Über einen entsprechenden Kraftgeber 22, wie beispielsweise ein Druckluftzylinder, ein Elektrozylinder oder ein hydraulischer Zylinder wird die Spannvorrichtung 21 zusammen mit der Antriebseinheit 11 derart weit verschoben, bis die gewünschte Spannung in dem Messerelement 5 erreicht ist. Um Längenunterschiede aufgrund von Erwärmungen in dem Messerelement 5 während des Betriebes auszugleichen, kann der Kraftgeber 22 die Spannvorrichtung 21 dauerhaft mit einer Kraft beaufschlagen.

Die Führungsvorrichtung 7 kann eine Drehvorrichtung aufweisen, sodass das Messerelement 5 um eine Achse in Längsrichtung des Messerelementes 5 verdrehbar ist. Auf diese Weise können neben dem Schnitt in horizontaler Richtung auch Schnitte in andere Richtungen, beispielsweise in eine vertikale Richtung, ausgeführt werden.

Die Servomotoren 13 sind vertikal angeordnet, wobei die Exzenterscheiben 15 in einer horizontalen Ebene angeordnet sind. Auf diese Weise wird vermieden, dass es durch die Exzenterscheiben 15 zu schwerkraftbedingten Unwuchten bei einer Umdrehung der Servomotoren 13 kommt. Dadurch ist eine höhere Genauigkeit der durch die Servomotoren 13 erzeugten Rotationsbewegung möglich.

Die Steuerungsvorrichtung 19 kann als eine Master-Slave-Steuerung ausgeführt sein, wobei die Steuerungsvorrichtung 19 eine Ist- Winkelgeschwindigkeit des Servomotors 13 der ersten Antriebseinheit 9 ermittelt und den Servomotor 13 der zweiten Antriebseinheit 11 als Soll- Winkelgeschwindigkeit vorgibt. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Ist-Winkelgeschwindigkeit des Servomotors 13 der zweiten Antriebseinheit 11 ermittelt wird und dem Servomotor 13 der ersten Antriebseinheit als Soll- Winkelgeschwindigkeit vorgegeben wird. Dazu kann die CNC-Steuerung dem ersten Regler die Drehzahl vorgeben. Die Ist-Geschwindigkeit des ersten Reglers wird dann als Soll-Geschwindigkeit dem zweiten Regler vorgeben. Auf diese Weise wird die Drehzahlsynchronität auf ganze Umdrehungen bezogen zwischen den beiden Servomotoren in vorteilhafter Weise ermöglicht. Zusätzlich zu den Steuersignalen der Master- Slave-Steuerung sind ferner Vorgaben für das Beschleunigen und das Abbremsen der Servomotoren 13 während einer Umdrehung in den Reglern hinterlegt.

Die Schubstangen 17 der ersten und der zweiten Antriebseinheit 9, 11 können beispielsweise max. 300 mm lang sein. Es hat sich herausgestellt, dass mit einer derartigen Länge der beim Beschleunigen und Abbremsen der Servomotoren 13 während einer Umdrehung notwendige Winkeldifferenz zwischen den Servomotoren gering gehalten werden kann, sodass auch die Belastung für die Servomotoren 13 gering ist.

Mit der erfindungsgemäßen Schneidemaschine 1 kann somit das erfindungsgemäße Verfahren zum Schneiden von Blockmaterialien, insbesondere geschäumten Materialien durchgeführt werden. Dabei wird das Messerelement 5 mit dem ersten und dem zweiten Ende 5a, 5b zum Ausführen einer Hin- und Herbewegung in Längsrichtung translatorisch angetrieben. Das erste und das zweite Ende 5a, 5b des Messerelementes 5 werden dabei angetrieben, wobei der Antrieb des ersten Endes 5a des Messerelementes 5 über die Umwandlung einer ersten Rotationsbewegung in eine erste Translationsbewegung erfolgt und der Antrieb des zweiten Endes 5b des Messerelementes 5 über die Umwandlung einer zweiten Rotationsbewegung in eine zweite, der ersten Translationsbewegung gleichläufige Translationsbewegung erfolgt.

Die Drehzahl der ersten Rotationsbewegung ist, bezogen auf ganze Umdrehungen, gleich der Drehzahl der zweiten Rotationsbewegung. Bei einer Umdrehung der ersten und der zweiten Rotationsbewegung weist die erste Rotationsbewegung in einem ersten und einem zweiten Teilbereich der Umdrehung eine größere Winkelgeschwindigkeit auf als die zweite Rotationsbewegung und in einem dritten und einem vierten Teil der Umdrehung weist die zweite Rotationsbewegung eine größere Winkelgeschwindigkeit auf als die erste Rotationsbewegung. Zu Beginn bzw. am Ende einer Umdrehung und am Übergang zwischen dem zweiten und dritten Teilbereich der Umdrehung weisen die erste und zweite Rotationsbewegung die gleiche Winkelgeschwindigkeit auf.

Dabei wird die erste Rotationsbewegung im ersten und vierten Teilbereich der Umdrehung beschleunigt und im zweiten und dritten Teilbereich abgebremst. Die zweite Rotationsbewegung wird im ersten und vierten Teilbereich der Umdrehung abgebremst und im zweiten und dritten Teilbereich beschleunigt.

Die erste Rotationsbewegung wird beispielsweise durch die erste Antriebseinheit 9 und die zweite Rotationsbewegung durch die zweite Antriebseinheit 11 erzeugt.

In Fig. 2 ist zur Veranschaulichung die erste und die zweite Rotationsbewegung während einer Umdrehung grafisch dargestellt. Dabei ist der von der jeweiligen Rotationsbewegung zurückgelegte Winkel während einer Umdrehung über eine Zeiteinheit dargestellt. Dazu werden zwei äquivalente Punkte der ersten und zweiten Rotationsbewegung betrachtet. Die Punkte können beispielsweise fiktive Punkte auf den Exzenterscheiben 15 der ersten oder zweiten Antriebseinheit 9, 11 sein.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weisen zu Beginn der Umdrehung die beiden Punkte bereits einen Winkelversatz auf. Die Rotationsbewegung 1 weist in dem ersten Teilbereich der Umdrehung eine höhere Geschwindigkeit auf als die Rotationsbewegung 2. Dadurch nimmt der Winkelversatz zwischen den beiden Punkten im Verlauf des ersten Teilbereiches der Umdrehung ab. Am Ende des ersten Teilbereiches sind die beiden betrachteten Punkte gleichauf. Aufgrund der höheren Winkelgeschwindigkeit läuft nun die Rotationsbewegung 1 vor der Rotationsbewegung 2 bis zu einer maximalen Winkeldifferenz, die am Ende des zweiten Teilbereiches erreicht ist. Die Rotationsgeschwindigkeit der zweiten Rotationsbewegung nimmt nun zu, sodass die Winkeldifferenz zwischen den beiden Rotationsbewegungen wiederum verringert wird, bis zum Ende des dritten Teilbereiches, an der die beiden betrachteten Punkte gleichauf sind. In dem vierten Teilbereich nimmt die Winkeldifferenz wiederum zu, bis zum Ende des vierten Teilbereiches, an dem die maximale Winkeldifferenz wiederum erreicht ist. Diese maximale Winkeldifferenz ist der neue Ausgangspunkt für die nächste Umdrehung.

Entsprechend sind in Fig. 3 die Abweichungen der betrachteten Punkte gegenüber einem Mittelwert während einer Umdrehung schematisch dargestellt.

Zu Beginn der Umdrehung weisen die betrachteten Punkte die maximale Winkeldifferenz auf. Zu Beginn der Umdrehung sind die Rotationsgeschwindigkeiten der ersten und zweiten Rotationsbewegung gleich. Die zweite Rotationsbewegung wird abgebremst, während die erste Rotationsbewegung beschleunigt wird. Dies erfolgt im ersten Teilbereich der Umdrehung bis am Ende des ersten Teilbereiches die beiden betrachteten Punkte bei einem Durchschnittswinkel von etwa 90° gleichauf sind. Zu diesem Zeitpunkt hat der Punkt der ersten Rotationsbewegung einen Winkel von mehr als 90° zurückgelegt und der Punkt der zweiten Rotationsbewegung einen Winkel von weniger als 90°.

Der erste bis vierte Teilbereich der Umdrehung kann unterschiedlich groß sein, d. h. der erste Teilbereich muss nicht notwendigerweise nach 90° enden, sondern es kann zu Verschiebungen innerhalb einer Umdrehung kommen.

Am ersten Ende des ersten Teilbereiches der Umdrehung besteht eine relativ große Differenz in der Winkelgeschwindigkeit zwischen der ersten und zweiten Rotationsbewegung, wodurch eine erneute Differenz in dem Winkel zwischen den beiden Rotationsbewegungen entsteht. Die erste Rotationsbewegung wird nun abgebremst während die zweite Rotationsbewegung beschleunigt wird, sodass am Ende des zweiten Teilbereiches oder bei einem durchschnittlichen Winkel von 180° beide Rotationsbewegungen die gleiche Geschwindigkeit aufweisen. Im dritten Teilbereich wird die erste Rotationsbewegung weiter abgebremst während die zweite Rotationsbewegung weiter beschleunigt wird, sodass bei einem durchschnittlich zurückgelegten Winkel von 270° beide betrachteten Punkte gleichauf sind.

Durch die Geschwindigkeitsdifferenz entsteht im vierten Teilbereich wiederum eine Winkelabweichung. Da in diesem die erste Rotationsbewegung wieder beschleunigt wird und die zweite Rotationsbewegung abgebremst wird, erreichen die beiden Rotationsbewegungen am Ende des vierten Teilbereiches und somit am Ende der Umdrehung wiederum die gleiche Geschwindigkeit. Das Ende der Umdrehung bildet den Ausgangspunkt für eine neue Umdrehung.