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Die Erfindung betrifft eine Trenneinrichtung zur Durchführung eines Trennvorgangs an einem Werkstück. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur trennenden Bearbeitung eines Werkstücks.
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Aus der auf die Anmelderin zurückgehende
PCT/EP2014/002198 ist eine Führungseinrichtung zur gelenkigen Verbindung eines ersten Vorrichtungsteils mit einem zweiten Vorrichtungsteil bekannt. Diese umfasst ein dem ersten Vorrichtungsteil zugeordnetes erstes Gelenkteil und ein dem zweiten Vorrichtungsteil zugeordnetes zweites Gelenkteil, wobei die Gelenkteile für eine linearbewegliche Lagerung des ersten Vorrichtungsteils gegenüber dem zweiten Vorrichtungsteil längs eines Bewegungswegs ausgebildet sind. Ein Applikationsbeispiel für eine derartige Führungseinrichtung zeigt eine Sägeeinrichtung, bei der für ein Sägeblatt eine reibungslose Lagerung mit Hilfe einer solchen Führungseinrichtung verwirklicht ist, wobei eine berührungslose Bewegungseinkopplung von einer Antriebseinrichtung auf das Sägeblatt vorgesehen ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Trenneinrichtung und ein Verfahren zur trennenden Bearbeitung eines Werkstücks bereitzustellen, die eine große Flexibilität bei der Bearbeitung von Werkstücken ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsaspekt für eine Trenneinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Trenneinrichtung eine Führungseinrichtung, der eine erste Magnetanordnung zugeordnet ist, und ferner ein Bearbeitungsmittel umfasst, das mit wenigstens einer Schneide für eine trennende Werkstückbearbeitung ausgebildet ist und dem eine zweite Magnetanordnung zugeordnet ist, wobei die beiden Magnetanordnungen für eine kontaktlose Übertragung von Stützkräften und Bearbeitungskräften zwischen der Führungseinrichtung und dem Bearbeitungsmittel ausgebildet sind und wobei eine der ersten und zweiten Magnetanordnungen wenigstens einen Magneten, insbesondere Permanentmagneten und die andere der ersten und zweiten Magnetanordnungen wenigstens einen Supraleiter umfasst.
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Bei dem für wenigstens eine der Magnetanordnungen verwendeten Supraleiter handelt es sich vorzugsweise um einen Typ-II-Supraleiter, der auch als Hochtemperatursupraleiter bezeichnet wird und der in der Lage ist, ein während einer Abkühlung auf oder unter seine materialspezifische Sprungtemperatur von außen aufgeprägtes Magnetfeld gewissermaßen zu „speichern“. Durch diese Speicherung des äußeren Magnetfelds wird der Supraleiter in die Lage versetzt, bei Beibehaltung oder fortdauernder Unterschreitung seiner Sprungtemperatur einer Veränderung des äußeren Magnetfelds durch Ausbildung magnetischer Wechselwirkungen mit diesem äußeren Magnetfelds entgegen zu wirken. Dabei steigt die magnetische Wechselwirkung des Supraleiters mit dem äußeren Magnetfeld bei zunehmender Abweichung aus der gespeicherten Position stark an, so dass der Supraleiter zumindest bis zu einem konstruktiv bedingten Kraftniveau und einer damit zusammenhängenden relativen Positionsveränderung gegenüber der Ursprungsposition wieder in die Ursprungsposition zurückkehrt und bei Überschreiten des konstruktivbedingten Kraftniveaus aus der kontaktlosen, magnetischen Kopplung mit dem wenigstens einen Magneten, insbesondere Permanentmagneten entfernt werden kann. Bei dem Magneten kann es sich beispielsweise um eine elektrische Magnetspule oder um einen Permanentmagnet handeln. Grundsätzlich ist für die Ausnutzung der vorstehend angeführten Effekte des Supraleiters kein äußerer elektrischer Strom erforderlich, vielmehr beruhen die magnetischen Wechselwirkungen des Supraleiters mit äußeren magnetischen Feldern auf Wirbelströmen im Supraleitermaterial, die aufgrund des verschwindenden ohmschen Widerstands ohne äußere Energiezufuhr dauerhaft aufrecht erhalten werden.
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Beispielhaft kann die Führungseinrichtung als Griffelement ausgebildet sein, das von einem Benutzer mit wenigstens einer Hand ergriffen werden kann, um das kontaktlos gegenüber der Führungseinrichtung gelagerte Bearbeitungsmittel für eine Durchführung eines Schneidvorgangs führen zu können. Hierbei ist keine Einkopplung einer Relativbewegung zwischen Führungseinrichtung und Bearbeitungsmittel vorgesehen, vielmehr wird das Bearbeitungsmittel vom Benutzer in der Art eines Messers, insbesondere in der Art eines Hobels oder Skalpells, relativ zu einem zu schneidenden Schneidobjekt geführt, wobei eine Kraftübertragung zwischen der Führungseinrichtung und dem Bearbeitungsmittel kontaktlos erfolgt. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Führungseinrichtung mit einer als Supraleiter ausgebildeten ersten Magneteinrichtung versehen ist und eine Isolations- und/oder Kühleinrichtung für den Supraleiter umfasst. In diesem Fall kann das Bearbeitungsmittel mit dem wenigstens einen Magneten ausgerüstet werden, der einen Betrieb des Bearbeitungsmittels auf einem nahezu beliebigen Temperaturniveau ermöglicht. Sofern es sich bei dem Magneten um einen Permanentmagneten handelt, kann dieser typischerweise bis zu Temperaturen von 150 Grad Celsius betrieben werden, ohne dass die permanentmagnetischen Eigenschaften maßgeblich beeinträchtigt werden. Bei einer Ausgestaltung des Magneten als Magnetspule kann eine lokale Energiequelle am Bearbeitungsmittel angebracht oder in diesem integriert werden, beispielsweise ein Akkumulator oder ein Superkondensator. Besonders bevorzugt ist eine kontaktlose, insbesondere induktive oder optische, Einkopplung von Energie in das Bearbeitungsmittel vorgesehen, um die elektrische Energie zum Betrieb der Magnetspule ohne mechanische Verbindung zwischen Führungseinrichtung und Bearbeitungsmittel bereitstellen zu können. Hierzu können im Falle einer induktiven Energieeinkopplung sowohl an der Führungseinrichtung wie auch am Bearbeitungsmittel jeweils Koppelspulen vorgesehen werden, die für eine Aussendung bzw. einen Empfang eines elektromagentischen Wechselfelds ausgebildet sind. Im Fall einer optischen Energieeinkopplung weist die Führungseinrichtung eine optische Quelle, insbesondere eine Laserquelle auf, während am Bearbeitungsmittel ein optischer Empfänger und eine nachgeschaltete Wandlereinrichtung angeordnet sind, so dass die bereitgestellte optische Energie in elektrische Energie für die Magnetspule gewandelt werden kann.
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Bei der wenigstens einen Schneide des Bearbeitungsmittels handelt es sich vorzugsweise um eine geometrisch bestimmte Schneide, wie dies beispielsweise bei einem Sägezahn der Fall ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Bearbeitungsmittel eine Vielzahl von Schneiden, insbesondere geometrisch unbestimmten Schneiden, aufweist, wie dies im Falle von Schleifmitteln, insbesondere bei Schleifpapier, der Fall ist.
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Aufgrund der magnetischen Wechselwirkungen zwischen den beiden Magnetanordnungen, von denen wenigstens eine einen Supraleiter und wenigstens eine einen Magneten, insbesondere Permanentmagneten umfasst, können sowohl die Kräfte zur Positionierung des Bearbeitungsmittels in einer vorgegebenen räumlichen Lage als auch die Kräfte zur Bewegung des Bearbeitungsmittels in kontaktloser Weise übertragen werden. Gegebenenfalls kann zusätzlich vorgesehen werden, die räumliche Lage des Bearbeitungsmittels gegenüber der Führungseinrichtung durch zusätzliche Einrichtungen in kontaktloser Weise zu beeinflussen. Bei diesen zusätzlichen Einrichtungen kann es sich beispielsweise um zeitweilig aktivierbare Magnetspulen und/oder örtlich verlagerbare Permanentmagnete und/oder örtlich verlagerbare Supraleiterelemente handeln. Ergänzend oder alternativ können mehrere Bearbeitungsmittel an der gleichen Führungseinrichtung angeordnet sein, so dass durch die Bewegung der Führungseinrichtung zeitgleich und synchron mehrere Schneidebewegungen mit Hilfe der mehreren Bearbeitungsmittel durchgeführt werden können.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Führungseinrichtung als Antriebseinrichtung ausgebildet ist, die ein beweglich an der Antriebseinrichtung gelagertes Antriebsmittel zur Bereitstellung einer Antriebsbewegung an das Bearbeitungsmittel umfasst, wobei die erste Magnetanordnung dem Antriebsmittel zugeordnet ist. Bei der Antriebseinrichtung kann es sich um einen elektrischen oder fluidischen Antrieb handeln, der am Antriebsmittel eine Rotationsbewegung und/oder eine Translationsbewegung bereitstellt. Beispielhaft ist die Antriebseinrichtung als Elektromotor oder als Pneumatikzylinder oder Druckluftturbine ausgebildet. Das Antriebsmittel führt die Antriebsbewegung in Relation zu einem ortsfesten Teil der Antriebseinrichtung, beispielsweise einem Stator, der in einem Antriebsgehäuse aufgenommen ist, durch. Beispielhaft ist das Antriebsmittel als Antriebswelle eines Elektromotors oder einer Druckluftturbine oder als Kolbenstange eines Pneumatikzylinders ausgebildet. Mit dem Antriebsmittel kann insbesondere eine Oszillationsbewegung des Bearbeitungsmittels gegenüber der Antriebseinrichtung hervorgerufen werden. durch eine Überlagerung einer Bewegung der Antriebseinrichtung mit der Relativbewegung des Antriebsmittels gegenüber der Antriebseinrichtung ergibt sich für das Bearbeitungsmittel eine überlagerte Bearbeitungsbewegung. Besonders vorteilhaft kann vorgesehen werden, dass das Antriebsmittel zusätzlich eine Antriebsbewegung als Überlagerung wenigstens zweier Relativbewegungen, beispielsweise einer Rotationsbewegung und einer Translationsbewegung, durchführt. Hierdurch kann in Abhängigkeit von der Geometrie der wenigstens einen am Bearbeitungsmittel ausgebildeten Schneide eine besonders vorteilhafte Schneidbewegung durchgeführt werden.
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Zweckmäßig ist es, wenn der wenigstens eine Supraleiter der ersten oder zweiten Magnetanordnung auf einen Feldlinienverlauf des wenigstens einen Magneten, insbesondere Permanentmagneten der ersten oder zweiten Magnetanordnung abgestimmt ist, um eine in allen Raumrichtungen ortsfeste Kopplung der ersten und zweiten Magnetanordnung zu gewährleisten. Bei einer solchen Ausgestaltung der Trenneinrichtung ist eine räumliche Lage des Bearbeitungsmittels gegenüber der Führungseinrichtung, insbesondere dem Antriebsmittel, eindeutig festgelegt, sämtliche hierzu erforderlichen Kräfte werden durch die magnetischen Wechselwirkungen zwischen den beiden Magnetanordnungen bereitgestellt. Zusätzliche Mittel zur Festlegung der räumlichen Lage des Bearbeitungsmittels sind nicht erforderlich, so dass die beiden Magnetanordnungen eine ausschließliche Kopplungswirkung für das Bearbeitungsmittel gegenüber der Führungseinrichtung, insbesondere dem Antriebsmittel, aufweisen. Eine gewisse Unschärfe für die räumliche Lage des Bearbeitungsmittels gegenüber der Führungseinrichtung, insbesondere dem Antriebsmittel, ist dadurch bedingt, dass die magnetischen Wechselwirkungen zwischen dem wenigstens einen Supraleiter und dem wenigstens einen Magneten, insbesondere Permanentmagneten der beiden Magnetanordnungen in derjenigen räumlichen Lage, für die der wenigstens eine Supraleiter „programmiert“ wurde, am geringsten sind und mit zunehmenden Abweichungen von dieser räumlichen Lage stark zunehmen. Hierdurch ergibt sich eine gewisse Variabilität in der räumlichen Lage des Bearbeitungsmittels gegenüber der Führungseinrichtung, insbesondere dem Antriebsmittel, die als Elastizität bezeichnet werden kann, wenngleich aufgrund der kontaktlosen Kopplung zwischen den beiden Magnetanordnungen keine elastischen Mittel eingesetzt werden, um diese Unschärfe für die räumliche Lage zu gewährleisten. Diese Unschärfe ist für manche Trennvorgänge vorteilhaft, beispielsweise wenn ein Trennvorgang entlang einer Grenzfläche zwischen Materialbereichen des Werkstücks mit unterschiedlicher Härte oder Zähigkeit durchgeführt werden soll, da für diesen Fall ein automatisches Ausweichen des Bearbeitungsmittels stattfinden kann, ohne dass hierfür eine aufwändige Regelung des Trennvorgangs erforderlich wäre. Insbesondere in Kombination mit einer durch die konstruktive Ausgestaltung der beiden Magnetanordnungen begrenzten Maximalkraft für die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Bearbeitungsmittel und der Führungseinrichtung, insbesondere dem Antriebsmittel, lässt sich gewährleisten, dass Beschädigungen am Bearbeitungsmittel, an der Führungseinrichtung, insbesondere am Antriebsmittel, und/oder am Werkstück während des Trennvorgangs weitgehend vermieden werden können.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Antriebseinrichtung mehrere Antriebsmittel umfasst, die für eine Bereitstellung unterschiedlicher Antriebsbewegungen an das Bearbeitungsmittel ausgebildet sind. Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung ein Antriebsmittel zur Bereitstellung einer translatorischen Bewegung und ein weiteres Antriebsmittel zur Bereitstellung einer rotatorischen Bewegung umfasst, die jeweils mit einer ersten Magnetanordnung versehen sind und die gemeinsam auf die zweite Magnetanordnung des Bearbeitungsmittels einwirken, um am Bearbeitungsmittel eine Überlagerung der beiden Bewegungen zu bewirken. Beispielsweise ist es für einen Sägevorgang bekannt, eine Überlagerung der translatorisch reversierenden Sägebewegung mit einer quer zur Sägebewegung ausgerichteten, ebenfalls translatorisch reversierenden Hubbewegung vorzusehen, wobei im Falle der Trenneinrichtung vorgesehen werden kann, die beiden quer zueinander ausgerichteten Translationsbewegungen kinematisch unabhängig voneinander durch die beiden Antriebsmittel auf das Bearbeitungsmittel einzukoppeln und in Abhängigkeit vom durchzuführenden Trennvorgang hinsichtlich der jeweils gewählten Oszillationsfrequenz und der Amplitude der Oszillation zu variieren.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Antriebsmittel mit zugeordneten ersten Magnetanordnungen sowie ein Antriebsmittel mit einer auf die ersten Magnetanordnungen abgestimmten zweiten Magnetanordnung vorgesehen sind, die bei der Durchführung der Antriebsbewegungen zumindest einen statisch unbestimmten Zustand aufweisen. Bei einer mechanischen Kopplung zwischen den Antriebsmitteln und dem Bearbeitungsmittel gemäß dem Stand der Technik muss darauf geachtet werden, dass in keiner Phase der Relativbewegungen zwischen den Antriebsmitteln und dem Bearbeitungsmittel ein statisch unbestimmter Zustand auftritt. Alternativ müssen bei einer mechanischen Kopplung zwischen den Antriebsmitteln und dem Bearbeitungsmittel gemäß dem Stand der Technik zur Vermeidung eines statisch unbestimmten Zustands geeignete elastische Kopplungsmittel zwischen den Antriebsmitteln und dem Bearbeitungsmittel eingesetzt werden, die erheblichen Verschleißerscheinungen unterworfen sein können. Demgegenüber können aufgrund der elastischen Eigenschaften für die magnetische Kopplung zwischen den Magnetanordnungen auch Antriebsbewegungen stattfinden, die bei mechanischer Kopplung zu statisch unbestimmten Zuständen führen würden. Hierdurch können die jeweiligen Antriebseinrichtungen gegebenenfalls einfacher aufgebaut werden und/oder es werden Bewegungen des Bearbeitungsmittels gegenüber den Antriebsmitteln ermöglicht, die bei einer Verwendung von mechanischen Kopplungen nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand zu realisieren wären.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung an einem Maschinengestell angeordnet ist, das eine Halteeinrichtung umfasst, die für eine Abstützung eines Werkstücks ausgebildet ist. Rein exemplarisch ist hierfür eine Tischsäge zu nennen, bei der die Antriebseinrichtung an einem Tisch angebracht ist und das Bearbeitungsmittel in einer Ausrichtung gegenüber einer Tischfläche angeordnet ist, die ein Auflegen und Zuführen des Werkstücks an das Bearbeitungsmittel für die Durchführung des Trennvorgangs ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Maschinengestell ein Raumvolumen zumindest nahezu vollständig umschließt, in dem das Bearbeitungsmittel angeordnet ist und der Trennvorgang durchgeführt wird, während die Antriebseinrichtung außerhalb dieses Raumvolumens am Maschinengestell angebracht ist. Hierdurch wird beispielsweise die Verarbeitung von Werkstücken aus wertvollen Materialien erleichtert, bei denen die während des Trennvorgangs anfallenden Materialpartikel wie beispielsweise Sägespäne möglichst vollständig aufgefangen werden sollen.
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Zweckmäßig ist es, wenn der Antriebseinrichtung eine Stützeinrichtung für eine Abstützung des Bearbeitungsmittels zugeordnet ist, wobei die Stützeinrichtung eine dritte Magnetanordnung umfasst und dem Bearbeitungsmittel eine vierte Magnetanordnung zugeordnet ist und wobei die dritte Magnetanordnung und die vierte Magnetanordnung für eine kontaktlose Kraftübertragung zwischen der Stützeinrichtung und dem Bearbeitungsmittel ausgebildet sind und wobei eine der dritten und vierten Magnetanordnungen wenigstens einen Magneten, insbesondere Permanentmagneten und die andere der dritten und vierten Magnetanordnungen wenigstens einen Supraleiter umfasst. Die Stützeinrichtung kann beispielsweise vorgesehen sein, um eine möglichst präzise Führung des Bearbeitungsmittels während der Durchführung des Trennvorgangs zu gewährleisten. In diesem Fall ist davon auszugehen, dass zwischen dem Antriebsmittel und der Stützeinrichtung ein erheblicher Abstand eingehalten ist und dass das Bearbeitungsmittel während der Durchführung des Trennvorgangs eine translatorische und/oder rotatorische Relativbewegung gegenüber der Stützeinrichtung durchführt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Supraleiter der dritten oder vierten Magnetanordnung auf einen Feldlinienverlauf des wenigstens einen Magneten, insbesondere Permanentmagneten der dritten oder vierten Magnetanordnung abgestimmt ist, um eine bewegliche Kopplung der dritten und vierten Magnetanordnungen mit einem, insbesondere genau einem, Freiheitsgrad der Bewegung zu gewährleisten. Beispielhaft kann die Stützeinrichtung als Drehgelenk ausgebildet sein, so dass mit Hilfe des Antriebsmittels eine Schwenkbewegung auf das Bearbeitungsmittel eingeleitet wird, wobei eine Drehachse für diese Schwenkbewegung durch die Stützeinrichtung verläuft oder unmittelbar benachbart zu dieser angeordnet ist.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Bearbeitungsmittel aus der zweiten Magnetanordnung, insbesondere ausschließlich aus supraleitendem Material oder permanentmagnetischem Material, besteht. Hierdurch lässt sich eine besonders kompakte Gestaltung des Bearbeitungsmittels erzielen, da das gesamte Volumen des Bearbeitungsmittels als Magnetanordnung dient und gleichzeitig die wenigstens eine Schneide bildet.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind mehrere Bearbeitungsmittel vorgesehen, die relativbeweglich zueinander gelagert sind und die jeweils eine zweite Magnetanordnung für eine kraftübertragende Kopplung mit einer ersten Magnetanordnung eines jeweils zugeordneten Antriebsmittels umfassen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Verfahren zur trennenden Bearbeitung eines Werkstücks unter Verwendung einer Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Dabei umfasst das Verfahren die Schritte: Einbringen einer Ausnehmung in ein Werkstück, die zur Aufnahme des Bearbeitungsmittels ausgebildet ist und Bereitstellen des Bearbeitungsmittels in der Ausnehmung sowie Einleiten einer Antriebsbewegung auf das Bearbeitungsmittel derart, dass das Bearbeitungsmittel während einer Verfahrbewegung der Antriebseinrichtung längs eines Bearbeitungspfads eine kanalförmige Ausnehmung im Werkstück ausbildet. Dabei kann vorgesehen werden, dass die Ausnehmung im Werkstück unmittelbar mit dem Bearbeitungsmittel hergestellt wird oder durch ein anderes Trennwerkzeug, das beispielsweise für einen Trennvorgang durch eine Oberfläche des Werkstücks ausgebildet ist, die sich von einem inneren Bereich des Werkstücks unterscheidet, der im Nachgang mit Hilfe des Bearbeitungsmittels bearbeitet werden soll. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Trenneinrichtung auch zur Erstellung der Ausnehmung genutzt wird und in einem durchgehenden Arbeitsvorgang auch der nachfolgende Trennvorgang vorgenommen wird.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
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1 eine schematische Seitenansicht einer Trenneinrichtung, die in der Art einer Stichsäge ausgebildet ist,
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2 eine schematische Seitenansicht einer Trenneinrichtung, die in der Art eines Trennschleifers oder einer Kreissäge ausgebildet ist,
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3 eine schematische Unteransicht einer Trenneinrichtung, die zwei voneinander unabhängige Antriebseinrichtungen zum Antrieb eines balkenartig ausgebildeten Messers aufweist,
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4 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Trenneinrichtung, bei der sowohl eine Antriebseinrichtung als auch eine Stützeinrichtung vorgesehen sind,
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5 eine schematische Unteransicht auf ein Handgerät gemäß der 4, das die Antriebseinrichtung und die Stützeinrichtung umfasst, und
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6 eine schematische Draufsicht auf ein Bearbeitungsmittel, das mehrere Abschnitte aus supraleitendem Material umfasst und an einer Stirnseite mit Zähnen für die Durchführung eines Trennvorgangs ausgestattet ist.
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Eine in der 1 dargestellte erste Ausführungsform einer Trenneinrichtung 1 ist in der Art einer Stichsäge ausgebildet und umfasst eine Antriebseinrichtung 2 sowie ein kontaktlos mit der Antriebseinrichtung 2 gekoppeltes, exemplarisch als Sägeblatt ausgestattetes Bearbeitungsmittel 3. Die Trenneinrichtung 1 ist beispielhaft für eine Anbringung an einem nicht dargestellten Roboterarm eines Industrieroboters vorgesehen. Dabei kann durch Zufuhr von Energie an die Antriebseinrichtung 2 eine lineare Oszillationsbewegung eines der Antriebseinrichtung 2 zugehörigen Antriebsmittels 4 bewirkt werden, bei dem es sich beispielsweise um eine Kolbenstange eines nicht dargestellten Pneumatikzylinders oder um eine Koppelstange eines nicht dargestellten elektrischen Kurbeltriebs handelt. Um die Oszillationsbewegung des Antriebsmittels 4 kontaktlos auf das Bearbeitungsmittel 3 übertragen zu können, ist eine Magnetkupplung 5 vorgesehen, die eine dem Antriebsmittel 4 zugehörige erste Magnetanordnung 6 und eine dem Bearbeitungsmittel 3 zugeordnete zweite Magnetanordnung 7 umfasst. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die erste Magnetanordnung 6 einen nicht näher dargestellten Supraleiter umfasst, der auf oder unter seine materialspezifische Sprungtemperatur abgekühlt wird und während des Abkühlungsvorgangs mit dem Magnetfeld der zweiten Magnetanordnung 7 beaufschlagt wird, die eine nicht näher dargestellte Permanentmagnetanordnung umfasst. Hierdurch werden bei nachfolgender Aufrechterhaltung oder weiterer Unterschreitung der materialspezifischen Sprungtemperatur des Supraleiters magnetische Wechselwirkungen zwischen den beiden Magnetanordnungen 6, 7 ermöglicht, durch die das Bearbeitungsmittel 3 eine während des Abkühlungsvorgangs vorgegebene räumliche Anordnung gegenüber dem Antriebsmittel 4 einnimmt und beibehält, ohne dass hierfür weitere Abstützungsmaßnahmen erforderlich sind.
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Die Trenneinrichtung 1 kann auch ohne eine Relativbewegung des Antriebsmittels 4 gegenüber der Antriebseinrichtung 2 betrieben werden, indem die gesamte Trenneinrichtung 1 relativ zu einem nicht dargestellten Schneidobjekt bewegt wird und allein durch diese Relativbewegung die gewünschte Schneidfunktion durch das Bearbeitungsmittel 3 bewirkt wird. Sofern die Trenneinrichtung 1 ausschließlich in dieser Weise betrieben werden soll, kann auch vollständig auf das Antriebsmittel 4 verzichtet werden.
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Rein exemplarisch ist die Trenneinrichtung 1 für eine Verwendung in einer Umgebung vorgesehen, in der Temperaturen vorherrschen, die unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters liegen. Sofern ein Betrieb in einer Umgebung vorgesehen sein sollte, in der Temperaturen oberhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters vorherrschen, kann beispielhaft vorgesehen sein, eine Kühleinrichtung in die Antriebseinrichtung 2 zu integrieren, die die dem Antriebsmittel 4 zugeordnete Magnetanordnung 6 mit dem Supraleiter dauerhaft kühlen kann.
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Da während der Durchführung eines Trennvorgangs auch äußere Kräfte auf das Bearbeitungsmittel 3 einwirken, können Abweichungen der räumlichen Anordnung des Bearbeitungsmittels 3 gegenüber dem Antriebsmittel 4 eintreten. Diese Abweichungen oder Auslenkungen des Bearbeitungsmittels mit der daran angebrachten zweiten Magnetanordnung gegenüber der ersten Magnetanordnung sind innerhalb eines konstruktiv vorgegebenen Kraftbereichs reversibel, so dass das Bearbeitungsmittel 3 bei Reduzierung der äußeren Kräfte wieder in die vorgegebene räumliche Anordnung zurückkehren kann. Sollten hingegen die äußeren Kräfte den konstruktiv vorgegebenen Kraftbereich überschreiten, kommt es zu einem Ablösevorgang für das Bearbeitungsmittel 3, so dass zumindest zeitweilig keine weitere Krafteinleitung vom Antriebsmittel 4 erfolgen kann. Dieser Ablösevorgang ist jedoch reversibel und kann durch neuerliche Annäherung des Bearbeitungsmittels 3 an das Antriebsmittel 4 wieder aufgehoben werden, so dass danach wieder die gewünschte magnetische Kopplung zwischen den beiden Magnetanordnungen 6, 7 vorliegt. Rein exemplarisch ist bei der Trenneinrichtung 1 gemäß der 1 die nicht näher dargestellte Permanentmagnetanordnung in der zweiten Magnetanordnung 7 derart ausgebildet, dass eine vollständige räumliche Festlegung des Bearbeitungsmittels 3 gegenüber dem Antriebsmittel 4 gewährleistet ist und abgesehen von den vorstehend ausgeführten Elastizitätseigenschaften kein Freiheitsgrad der Bewegung zwischen Bearbeitungsmittel 3 und Antriebsmittel 4 vorliegt.
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Bei der in der 2 dargestellten zweiten Ausführungsform einer Trenneinrichtung 21 sind die beiden Magnetanordnungen 26, 27 prinzipiell in gleicher Weise wie bei der Trenneinrichtung 1 gemäß der 1 beschaffen, so dass ebenfalls eine vollständige räumliche Festlegung des Bearbeitungsmittels 23 gegenüber dem Antriebsmittel 24 gewährleistet ist. Hiermit wird auch eine kontaktlose Drehmomentübertragung vom Antriebsmittel 24 auf das Bearbeitungsmittel 23 ermöglicht, da die Antriebseinrichtung 22 der Trenneinrichtung 21 für eine Bereitstellung einer Rotationsbewegung an das Antriebsmittel 24 vorgesehen ist. Beispielhaft ist die Magnetanordnung 27 des Bearbeitungsmittels 23 vollständig von einer Beschichtung aus einem Schleifmaterial umgeben, so dass das Bearbeitungsmittel 23 wahlweise in der Art einer Schleifscheibe oder in der Art einer Trennscheibe genutzt werden kann. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform des Bearbeitungsmittels weist dieses einen erheblich größeren Durchmesser als das Antriebsmittel 24 auf und ist zumindest in einem äußeren Umfangsbereich erheblich dünner als das schematisch in der 2 dargestellte Bearbeitungsmittel 23, so dass das nicht dargestellte Bearbeitungsmittel in der Art eines Kreissägeblatt eingesetzt werden kann. Die Trenneinrichtung 21 kann ebenfalls für eine Festlegung an einem nicht dargestellten Roboterarm eines Industrieroboters vorgesehen sein und ist in gleicher Weise wie die Trenneinrichtung 1 für eine Verwendung in einer Umgebung vorgesehen, in der Temperaturen unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters vorherrschen. Alternativ kann vorgesehen sein, eine Kühleinrichtung in die Antriebseinrichtung 22 zu integrieren, die die dem Antriebsmittel 24 zugeordnete Magnetanordnung 26 mit dem Supraleiter dauerhaft kühlen kann.
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Bei der in 3 dargestellten dritten Ausführungsform einer Trenneinrichtung 31 sind zwei gleichartige Antriebseinrichtungen 32 vorgesehen, die jeweils als Drehantriebe ausgebildet sind und die jeweils ein kreisscheibenförmig ausgebildetes Antriebsmittel 34 in eine Rotationsbewegung versetzen können. Jedem der Antriebsmittel 34 ist eine beispielhaft zylinderabschnittsförmig ausgebildete erste Magnetanordnung 36 zugeordnet, bei der es sich rein exemplarisch jeweils um einen Supraleiter handelt. Beabstandet zu der in 3 dargestellten Unterseite der Antriebseinrichtung 32 ist ein gestrichelt dargestelltes, balkenförmig ausgebildetes Bearbeitungsmittel 33 angeordnet, das rein exemplarisch an allen in der 3 sichtbaren Außenkanten scharf geschliffen ist. Das Bearbeitungsmittel 33 ist mit nicht näher dargestellten zweiten Magnetanordnungen versehen, die beispielsweise als Ringmagnete oberflächenbündig in das Bearbeitungsmittel 33 eingelassen sein können und die gegenüberliegend zu den ersten Magnetanordnungen 36 angeordnet sind. Bei einer Rotation der Antriebsmittel 34 in den jeweils durch die eingezeichneten Pfeile angegebenen Rotationsrichtungen stellt sich eine Art Taumelbewegung für das Bearbeitungsmittel 33 ein, wobei ein Abstand zwischen den Magnetanordnungen 36 der beiden Antriebsmittel 34 nicht konstant ist, sondern unter der Annahme gleicher Winkelgeschwindigkeiten für beide Antriebsmittel 34 zyklisch variiert. Da der Abstand der am Bearbeitungsmittel 33 vorgesehenen zweiten Magnetanordnungen aufgrund der Festlegung am Bearbeitungsmittel 33 konstant ist, würde es bei einer unmittelbar mechanischen Kopplung zwischen den Antriebsmitteln 34 und dem Bearbeitungsmittel 33 zu statisch unbestimmten Zuständen kommen. Da jedoch aufgrund der magnetischen Wechselwirkungen zwischen den Magnetanordnungen 36 und 37 eine gewisse Elastizität der magnetischen Kopplung vorliegt, führen die Bewegungen der Antriebsmittel 34 nicht zu einer unerwünschten Blockierung des Bearbeitungsmittels 33. Vielmehr kann bei geeigneter Auslegung der Magnetanordnungen 36 und 37 erreicht werden, dass das Bearbeitungsmittel 33 eine azyklische Taumelbewegung durchführt, bei der lokale Geschwindigkeitsspitzen auftreten, die größer als die Umfangsgeschwindigkeiten der beiden Antriebsmittel 34 sind.
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Bei der in 4 dargestellten vierten Ausführungsform einer Trenneinrichtung 41 handelt es sich rein exemplarisch um ein handgeführtes Gerät, das von einem Benutzer mit einer oder mit beiden Händen gehalten werden kann. Die Trenneinrichtung 41 umfasst eine Antriebseinrichtung 42, die zur Bereitstellung einer linearen Oszillationsbewegung für ein Antriebsmittel 44 ausgebildet ist, das in der 5 dargestellt ist und dem ein Bewegungspfeil zugeordnet ist. Rein exemplarisch ist die dem Antriebsmittel 44 zugeordnete erste Magnetanordnung 46 aus drei jeweils quaderförmigen Magneten, insbesondere Permanentmagneten 52, 53 und 54 gebildet, die beispielhaft jeweils eine normal zur Darstellungsebene der 5 ausgerichtete Magnetisierung aufweisen, wobei jeweils aneinandergrenzend angeordnete Permanentmagnete gegensinnig magnetisiert sind. Beabstandet zum Antriebsmittel 44 ist eine Stützeinrichtung 51 vorgesehen, die rein exemplarisch aus einem kreiszylindrisch ausgebildeten Ringmagneten besteht, der ebenfalls rein exemplarisch normal zur Darstellungsebene der 5 magnetisiert ist und der eine dritte Magnetanordnung 49 bildet.
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An dem in der Art eines Sägemessers ausgebildeten Bearbeitungsmittel 43, das beispielhaft vollständig aus einem supraleitenden Material hergestellt ist, sind zwei unterschiedliche Magnetprägebereiche vorgesehen, die durch Bereitstellung der Magnetfelder des Antriebsmittels 44 und der Stützeinrichtung 51 während der Abkühlung des Bearbeitungsmittels 43 auf oder unter seine Sprungtemperatur geschaffen wurden. Dabei entspricht einer der Magnetprägebereiche der Magnetisierung der Permanentmagnete 52 bis 54 des Antriebsmittels 44 und bildet somit dessen Magnetanordnung 46 im supraleitenden Material des Bearbeitungsmittels 43 ab, wodurch die zweite Magnetanordnung 47 gebildet wird. Der andere Magnetprägebereich entspricht der Magnetisierung der Stützeinrichtung 51 und bildet damit im supraleitenden Material des Bearbeitungsmittels 43 eine vierte Magnetanordnung 49.
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Während die Magnetanordnungen 46 und 47 grundsätzlich eine vollständige räumliche Anordnung des Bearbeitungsmittels 43 gegenüber dem Antriebsmittel 44 festlegen, bilden die Magnetanordnungen 48 und 49 ein Schwenklager, das genau einen Freiheitsgrad der Bewegung aufweist, da eine Schwenkbewegung des Bearbeitungsmittels 43 um eine Schwenkachse 50 nicht zu Reaktionskräften zwischen den beiden Magnetanordnungen 48 und 49 führt. Dementsprechend dienen die beiden Magnetanordnungen 48 und 49 als Schwenklager für das Bearbeitungsmittel 43, das aufgrund der linearen Oszillationsbewegung des Antriebsmittels 44 in eine oszillierende Schwenkbewegung gemäß dem eingezeichneten Bewegungspfeil versetzt werden kann. Hierbei kommt es zeitweilig zu einem statisch unbestimmten Zustand zwischen den Magnetanordnungen 46 bis 49, wobei dies angesichts der Elastizitätseigenschaften der magnetischen Kopplung zwischen diesen Magnetanordnungen 46 bis 49 ohne Auswirkungen auf die Funktion der Trenneinrichtung 41 bleibt.
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Rein exemplarisch kann vorgesehen werden, die Trenneinrichtung 41 stirnseitig an ein nicht dargestelltes Werkstück heranzuführen, so dass die mit Zähnen 55 versehene Vorderseite des Bearbeitungsmittels 43 in Kontakt mit einer Stirnseite des Werkstücks gelangt. Durch Einleitung der Oszillationsbewegung auf das Bearbeitungsmittel 43 kann im Rahmen der dadurch stattfindenden Trennbewegung ein schlitzförmiger Kanal in das Werkstück eingebracht werden, wobei dieser schlitzförmige Kanal entsprechend der Führung der Antriebseinrichtung 42 längs eines Bewegungswegs im nicht dargestellten Werkstück verläuft. Bei dieser Durchführung des Trennvorgangs ist es vorteilhaft, dass das Bearbeitungsmittel 43 aufgrund der Stützwirkung der Stützeinrichtung 51 nicht verkippt und somit eine präzise Schnittführung ermöglicht.
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Alternativ kann vorgesehen werden, dass das Bearbeitungsmittel zumindest bereichsweise aus permanentmagnetischem Material hergestellt ist und die Magnetanordnung der Antriebseinrichtung mit Supraleitern ausgebildet ist. In diesem Fall kann das Bearbeitungsmittel in einem breiten Temperaturspektrum eingesetzt werden und die Kühlmittel zur Aufrechterhaltung oder Unterschreitung der Sprungtemperatur für die Supraleiter kann in der Antriebseinrichtung integriert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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