Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
MOBILE STEEL CUTTING DEVICE AND METHOD FOR CUTTING THROUGH STRUCTURAL COMPONENTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/079538
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a mobile steel cutting device (1) having actively operable blades (4) for cutting through structural components (2) in an action zone of the blades, wherein means are provided for at least locally heating the action zone of the structural components (2).

Inventors:
TROESTER THOMAS (DE)
KOCH RAINER (DE)
SIEWERS BERND (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/073850
Publication Date:
June 06, 2013
Filing Date:
November 28, 2012
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
UNIV PADERBORN (DE)
International Classes:
A62B3/00; B23D17/00; B23D31/00
Foreign References:
FR2836084A12003-08-22
DE102008028242A12009-12-24
EP2308625A12011-04-13
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
OSTERMANN, THOMAS (DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche:

1 . Mobile Stahlschneidevorrichtung mit aktiv betätigbaren Schneiden zum Durchtrennen von Strukturbauteilen in einer Einwirkzone der Schneiden, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind zum wenigstens lokalen Erwärmen der Einwirkzone (9) der Strukturbauteile (2).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine elektrisch betätigbare Heizeinheit umfassen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinheit nach Art einer Widerstandsheizeinheit ausgebildet ist, wonach die Schneiden (4) selbst oder Teile derselben als stromdurch- flossene Leiter dienen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Erfassungseinheit (1 1 ) zum Erfassen eines Schneidwiderstands und eine Steuereinheit (12) umfassen, wobei die Steuereinheit (12) derart mit der elektrisch betätigbaren Heizeinheit und der Erfassungseinheit (1 1 ) zusammenwirkt, dass beim Erreichen und/oder Überschreiten eines Grenzwertes des Schneidwiderstands die Heizeinheit aktiviert und die Einwirkzone (9) zumindest temporär erwärmt wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) mit einer Aktoreinheit zur mechanischen Betätigung der Schneiden (4) zusammenwirkt derart, dass eine von der Aktoreinheit bereitgestellte Betätigungskraft für die Schneiden (4) in Abhängigkeit von dem Schneidwiderstand eingestellt wird.

6. Verfahren zum Durchtrennen von Strukturbauteilen (2) insbesondere von Fahrzeugen (3) umfassen die folgenden Schritte:

- Schneiden der Strukturbauteile (2) in einer Einwirkzone (9),

- wenigstens lokales Erwärmen der Einwirkzone (9).

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schneidens der Strukturbauteile (2) ein Schneidwiderstand er- fasst wird und beim Erreichen und/oder Überschneiden eines Grenzwertes des Schneidwiderstands die Einwirkzone (9) zumindest temporär erwärmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (2) während des Durchtrennens wenigstens vorübergehend geschnitten und in der Einwirkzone (9) erwärmt wird.

9. Verfahren nach einem Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwirkzone (9) mittels einer elektrischen Heizeinheit erwärmt wird und dass eine Heizleistung der elektrischen Heizeinheit über die Stromstärke variiert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke der Heizeinheit nach einem vordefinierten Stromstärke-Zeit-Profil variiert wird.

1 1 . Verwendung einer mobilen Stahlschneidevorrichtung nach einem der

Ansprüche 1 bis 5 zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 10.

Description:
Mobile Stahlschneidevorrichtung und Verfahren zum

Durchtrennen von Strukturbauteilen

Die Erfindung betrifft eine mobile Stahlschneidevorrichtung mit aktiv betätigbaren Schneiden zum Durchtrennen von Strukturbauteilen in einer Einwirkzone der Schneiden.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Durchtrennen von Strukturbauteilen insbesondere von Fahrzeugen.

Bei Unfällen etwa im Straßen- oder Bahnverkehr werden häufig Personen verletzt und in den Fahrzeugen eingeschlossen. Die Verletzten benötigen medizinische Versorgung und müssen mit fremder Hilfe aus dem Fahrzeug befreit werden. Um durch den Rettungsvorgang verursachte zusätzliche Verletzungen zu vermeiden, müssen die Verletzten schonend und in der gebotenen Eile befreit werden. Mitunter ist der Zugang zu den Verletzten auf konventionellem Wege versperrt. Beispielsweise verhindern deformierte Fahrzeugteile, dass auf konventionellem Wege, etwa durch Öffnen von Türen, Zugang zu den Verletzten geschafft wird. Rettungskräfte, beispielsweise Feuerwehren, verwenden zur Befreiung eingeschlossener Fahrzeuginsassen in diesen Fällen ein hydraulisches Rettungsgerät wie Schneid- und Spreiz-werkzeuge. Zum Durchtrennen von A-, B-, C- oder D-Säulen sowie anderen Strukturbauteilen vom Pkw werden beispielsweise Rettungsscheren mit hydraulisch betätigbaren, beweglich angeordneten metallischen Schneiden verwendet. Diese Rettungsscheren dienen beispielsweise dazu, dass Dach vom Rest des Fahrzeugs abzutrennen. Überdies ist die Verwendung von Pedalschneiden bekannt, die vorzugsweise hydraulisch betätigbare Schneiden zum Durchtrennen von Pe- dalhebeln aufweisen und insbesondere dann zum Einsatz kommen, wenn Gliedmaßen der Verletzten im Fußraum eingeklemmt sind.

In der jüngeren Vergangenheit ist vermehrt zu beobachten, dass d ie Rettungsscheren neuartigen, im Fahrzeugbau verwendeten Werkstoffen mit hoher Festigkeit sowie leicht bauenden, aber hochfesten Fahrzeugstrukturen nicht gewachsen sind. Die zum Durchtrennen dieser unter Umwelt- und Sicherheitsgesichtspunkten vorteilhaften Strukturbauteile erforderlichen Schneidkräfte können von den Rettungsscheren häufig nicht zur Verfügung gestellt werden. Infolgedessen kann sich der Rettungsvorgang erschweren bzw. verzögern. Für die Verletzten können die Folgen gravierend sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte mobile Stahlschneidevorrichtung und ein Verfahren zum Durchtrennen der hochfesten Strukturbauteile zur Verfügung zu stellen.

Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind zum wenigstens lokalen Erwärmen der Einwirkzone der Strukturbauteile.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zusätzlich zum mechanischen Durchtrennen der Strukturbauteile mit Hilfe der Schneiden die Festigkeit des Strukturbauteils durch eine Erwärmung desselben reduziert wird. Die Erwärmung des Strukturbauteils erfolgt beispielsweise lokal im Bereich einer Einwirkzone der Schneiden, beispielsweise mit Hilfe eines Lasers, durch induktive Erwärmung oder durch Widerstandserwärmung. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit wird die Festigkeit des Strukturbauteils erheblich herabgesetzt und ein zügiges Durchtrennen des Strukturbauteils ermöglicht. Strukturbauteile können beispielsweise um mehrere hundert Grad erwärmt werden. Insofern können Strukturbauteile, die mit herkömmlichen Stahlschneidevorrichtungen nicht durchtrennt werden können, mit der erfindungs- gemäßen Anordnung durchtrennt werden . Zudem kann vorgesehen sein, Stahlschneidevorrichtungen aufgrund der verbesserten Leistungsfähigkeit kleiner auszuführen und so ihre Handhabung zu verbessern.

Als mobile Stahlschneidevorrichtungen können beispielsweise Rettungsscheren und Pedalschneider vorgesehen sein. Beispielsweise können mobile Kabelschneider vorgesehen sein, d ie mit H ilfe von aktuatorisch betätigten Schneiden Kabel (z.B. Seekabel, Erdkabel, Freileitungen) durchtrennen können.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Mittel zum wenigstens lokalen Erwärmen der Strukturbauteile in der Einwirkzone eine elektrisch betätigbare Heizeinheit. Beispielsweise kann die Heizeinheit als eine induktiv wirkende Heizeinheit ausgebildet sein, wobei das Strukturbauteil mittels eines Induktors der Heizeinheit binnen weniger Sekunden erhitzt wird. Vorzugsweise sind wenigstens einzelne Komponenten der elektrisch betätigbaren Heizeinheit, beispielsweise der Induktor, in der Stahlschneidevorrichtung integriert angeordnet. Vorteilhaft eignet sich insbesondere eine elektrisch betätigbare Heizeinheit für den Einsatz in Stahlschneidevorrichtungen, da elektrische Energie beispielsweise im Rettungsfahrzeug zur Verfügung steht und somit bei der Erwärmung des Strukturbauteils auf eine vorhandene Infrastruktur zurückgegriffen werden kann. Hierdurch vereinfacht sich die Nachrüstung vorhandener Rettungsfahrzeuge mit der erfindungsgemäßen Rettungsschere. Zusätzlich reduzieren sich die Kosten, da insgesamt weniger Energie bereitgestellt werden muss.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Heizeinheit nach Art einer Widerstandsheizeinheit ausgebildet. Die Schneiden selbst oder Teile derselben dienen hierbei als stromdurchflossene Leiter, welche elektrisch mit einer Stromquelle verbunden sind. Beim Kontakt der Schneiden mit den metallischen Strukturbauteilen entsteht in Folge des Stromflusses Wärme. In Folge der Erwärmung der Strukturbauteile reduziert sich die Festigkeit des Werkstoffs und der Schneidvorgang kann zügig bei geringeren Schneidkräften durchgeführt werden. Zur Vermeidung eines unerwünschten Kurzschlusses können die Schneiden bzw. die stromführenden Teile derselben gegeneinander isoliert ausgebildet sein.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfassen die Mittel zum wenigstens lokalen Erwärmen der Strukturbauteile in der Einwirkzone eine Erfassungseinheit zum Erfassen eines Schneidwiderstands und eine Steuereinheit. Die Steuereinheit wirkt derart mit der elektrisch betätigbaren Heizeinheit und der Erfassungseinheit zusammen, dass die Einwirkzone beim Erreichen und/oder Überschreiten eines Grenzwerts des Schneidwiderstands zumindest temporär erwärmt wird. Vorteilhaft wird hierdurch die Möglichkeit geschaffen, die Strukturbauteile bedarfsgerecht zu erwärmen. Eine Erwärmung wird nur veranlasst, wenn der Schneidwiderstand so hoch wird, dass ein zügiges mechanisches Durchtrennen mit H ilfe der Schneiden in konventioneller Weise gefährdet scheint. Durch das lediglich bedarfsgerechte Erwärmen der Strukturbauteile in der Einwirkzone arbeitet die erfindungsgemäße mobile Stahlschneidevorrichtung ressourcenschonend. Insbesondere reduziert sich der Energiebedarf, wenn beim Durchtrennen weniger fester Strukturbauteile, wie sie etwa in älteren Fahrzeugen vorgesehen sein können, auf das Betätigen der elektrischen Heizeinheit verzichtet werden kann. Der Grenzwert kann so gewählt sein, dass eine hinreichende Leistungreserve der Stahlschneidevorrichtung erhalten bleibt und eine Blockade bzw. ein Festsetzen derselben vermieden wird.

Ein hohes Maß an Energieeffizienz ist grundsätzlich wünschenswert. Besonders wichtig ist die Energieeffizienz bei Akku-betriebenen Stahlschneidevorrichtungen, die lokal aus einem in die Stahlschneidevorrichtung integrierten Akkumulator mit Energie vorsorgt werden. Hier ist prinzipbedingt die gespeicherte Energie begrenzt, so dass einen schonenden Umgang mit der Energie eine besondere Bedeutung zukommt. Nach einer Weiterbildung der Erfindung wirkt die Steuereinheit mit einer Aktoreinheit zur mechanischen Betätigung der Schneiden derart zusammen, dass eine von der Aktoreinheit bereitgestellte Betätigungskraft, welche auf d ie Schneiden wirkt, in Abhängigkeit von dem Schneidwiderstand eingestellt werden kann. Vorteilhaft besteht hierdurch die Möglichkeit, während des Erwärmens des Strukturbauteils das mechanische Durchtrennen des Strukturbauteils mit Hilfe der Schneiden zu unterbrechen oder die Betätigungskraft, welche auf die Schneiden wirkt, vorübergehend zu reduzieren. Da letztlich sowohl die hydraulisch betätigten Schneiden als auch die elektrische Heizeinheit von dem z.B. auf dem Rettungsfahrzeug vorgesehenen Aggregat mit Energie versorgt werden, kann durch diese zeitliche Abstimmung eine Überlastsituation des Aggregats vermieden werden. Die ist insbesondere auch bei den Akkubetriebenen Rettungsscheren von besonderer Bedeutung.

Zur Lösung der Aufgabe umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des Patentanspruchs 6.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die beim Durchtrennen von Strukturbauteilen auftretenden Schneidkräfte durch das lokale Erwärmen der Strukturbauteile in der Einwirkzone reduziert werden können. In Folge der Erwärmung reduziert sich die Festigkeit der Strukturbauteile. Aufgrund der reduzierten Festigkeit sinken die Schneidkräfte, welche für das mechanische Durchtrennen der Strukturbauteile aufzubringen sind. Als Strukturbauteile können beispielsweise Pedalhebel, Karosserieelemente von Fahrzeugen oder Kabel durchtrennt werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird während des Schneidens der Strukturbauteile ein Schneidwiderstand erfasst und beim Erreichen und/oder Überschreiten eines Grenzwertes des Schneidwiderstands die Einwirkzone zumindest temporär erwärmt. Vorteilhaft erfolgt die Erwär- mung des Strukturbauteils in der Einwirkzone bedarfsgerecht und damit ressourcenschonend. Sofern ein mechanisches Durchtrennen ohne die zusätzliche Erwärmung des Strukturbauteils sicher und zügig durchgeführt werden kann, kann auf das Erwärmen des Strukturbauteils gänzlich verzichtet werden. Eine weitere Reduzierung des Energiebedarfs ergibt sich, wenn das Strukturbauteil in der Einwirkzone lediglich kurzfristig, d. h. temporär erwärmt wird . Beispielsweise kann auf das Erwärmen beim Durchtrennen weniger fester Bereiche des Strukturbauteils (Innenverkleidung oder Karosserieblech) verzichtet werden, während verstärkte, beispielsweise gehärtete oder als Hybrid- bzw. Verbundstruktur ausgefüllte Bereiche nach dem Erwärmen durchtrennt werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die Strukturbauteile während des Durchtrennens zumindest vorübergehend geschnitten und in der Einwirkzone erwärmt. Der Schneidvorgang und die Erwärmung laufen insofern zeitlich parallel. Vorteilhaft kann hierdurch die Gesamtprozesszeit reduziert und der Rettungsvorgang beschleunigt werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Einwirkzone mittels einer elektrisch betätigbaren Heizeinheit erwärmt. Die Heizleistung der elektrisch betätigbaren Heizeinheit wird über die Stromstärke variiert. Vorteilhaft kann die Heizleistung hierbei in besonders einfacher Weise bedarfsgerecht eingestellt werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Stromstärke der Heizeinheit nach einem vordefinierten Stromstärke-Zeit-Profil variiert. Vorteilhaft kann der Stromstärke-Zeit-Verlauf so gewählt werden, dass innerhalb kürzester Zeit die erforderliche Erwärmung erreicht und die Festigkeit des Strukurbauteils so herabgesetzt wird, dass ein mechanisches Durchtrennen zuverlässig und schnell durchgeführt werden kann. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur näher erläutert.

Aus der Gruppe der Stahlschneidevorrichtungen dient eine Rettungsschere 1 exemplarisch dazu, eine B-Säule (Strukturbauteil 2) eines Fahrzeugs 3 zu durchtrennen. Zu diesem Zweck weist die Rettungsschere 1 zwei Schneiden 4 auf, welche hydraulisch betätigt relativ zueinander bewegt werden können.

Zur hydraulischen Betätigung der Schneiden 4 ist ein Aggregat 5 vorgesehen. Das Aggregat 5 ist beispielsweise auf einem nicht dargestellten Rettungsfahrzeug angeordnet und umfasst einen Generator 6 zur Bereitstellung elektrischer Energie und eine Hydraulikeinheit 7, mit der elektrisch betätigt eine Hydraulikflüssigkeit mit Druck beaufschlagt werden kann. Die Hydraulikeinheit 7 bildet zusammen mit nicht dargestellten Betätigungselementen, insbesondere in der Rettungsschere 1 vorgesehenen Zylindern und die Hydraulikeinheit 7 mit der Rettungsschere 1 verbindenden Hydraulikleitungen 8 eine Aktoreinheit zur mechanischen Betätigung der Schneiden.

Zusätzlich ist in der Rettungsschere 1 eine nicht dargestellte, elektrisch betätigbare Heizeinheit vorgesehen. Die Heizeinheit dient dazu, das Strukturbauteil 2 lokal in einer Einwirkzone 9 der Schneiden 4 zu erwärmen. Insbesondere kann die Heizeinheit nach Art einer Widerstandsheizeinheit ausgebildet sein. Hierbei dienen die Schneiden 4 als stromdurchflossene Leiter. Durch den Kontakt der Schneiden 4 mit dem Strukturbauteil 2 entsteht in Folge des Stromflusses Wärme. In Folge der Erwärmung des Strukturbauteils 2 sinkt dessen Festigkeit im Bereich der Einwirkzone 9. Das Strukturbauteil 2 kann dann mittels der Schneiden 4 leichter mechanisch durchtrennt werden.

Zur Versorgung der Heizeinheit mit elektrischer Energie kann eine elektrische Leitung 10 zwischen dem Generator 6 und der Heizeinheit vorgesehen sein. Insbesondere können zur Vereinfachung der Handhabung der Rettungsschere 1 im mobilen Einsatz die Hydraulikleitung 8 und die elektrische Versorgungsleitung 10 miteinander verbunden sein.

Zusätzlich sind eine Erfassungseinheit 1 1 zum Erfassen eines Schneidwiderstands und eine datentechnisch mit der Erfassungseinheit 1 1 verbundene Steuereinheit 12 vorgesehen. Die Erfassungseinheit 1 1 kann beispielsweise nach Art eines Kraftsensors ausgebildet sein und wie dargestellt in der Rettungsschere 1 1 integriert werden. Beispielsweise kann statt durch die Verwendung eines Kraftsensors durch Auswertung elektrischer Betriebsparameter der Hydraulikeinheit 7 auf den Schneidwiderstand geschlossen werden. In diesem Fall kann die Erfassungseinheit 1 1 beispielsweise in dem Aggregat 5 integriert vorgesehen sein.

Die Steuereinheit 12 dient vorliegend der Steuerung bzw. Regelung des mechanischen Trennvorgangs und der Erwärmung des Strukturbauteils 2 in der Einwirkzone 9. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass beim Erreichen eines Grenzwertes des Schneidwiderstands die Heizeinheit aktiviert und das Strukturbauteil 2 in der Einwirkzone 9 lokal erwärmt wird. Eine dauerhafte Betätigung der Heizeinheit während des (mechanischen) Trennvorgangs mittels der Schneiden 4 kann dann beispielsweise vermieden werden. Zudem kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit 12 mit der Hydraulikeinheit 7 so zusammenwirkt, dass eine von der Aktoreinheit bereitgestellte Betätigungskraft für die Schneiden 4 während des Erwärmens des Strukturbauteils 2 vorübergehend reduziert wird. Ebenfalls kann die Steuereinheit 12 mit dem Generator 6 und einer optional in dem Generator vorgesehenen lokalen Steuerung derart zusammenwirken, dass von der Heizeinheit eine variable Heizleistung bereitgestellt wird. Beispielsweise kann die Heizleistung durch Variation der Stromstärke angepasst und/oder die Heizeinheit nach einem vordefinierten bzw. aufgrund lokaler Prozessparameter bestimmten Stromstärke-Zeit-Profil angesteuert werden. Grundsätzlich kann statt einer über Hydraulikleitungen 8 mit dem Rettungsfahrzeug verbundenen Rettungsschere 1 eine Rettungsschere 1 mit integriertem Akkumulator verwendet werden. Die Energieversorgung ist dann intern realisiert und die Mobilität der Rettung skräfte verbessert sich.

Die Darstellung der Erfindung am Beispiel einer Rettungsschere 1 ist lediglich exemplarisch. Grundsätzlich können beliebige mobile Stahlschneidevorrichtungen 1 mit Mitteln zum lokalen Erwärmen der Einwirkzone 9 vorgesehen werden. Dies gilt insbesondere auch für mobile Pedalschneider und mobile Kabelschneider.