<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Herstellung von Holzschnitzeln für die Erzeugung von Zellstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Holzschnitzeln für die Erzeugung von Zellstoff. Das Hauptziel der Erfindung besteht darin, den Zerspanungsvorgang so durchzuführen, dass die
Verletzungen des Holzes durch das Zerspanen vermindert werden und die zum Zerspanen erforderliche
Kraft möglichst klein wird.
Beim üblichen Zerspanen werden Vorschub des Holzstückes, Schneiden desselben in Scheiben von einer Länge in Faserrichtung gleich der Spanlänge und gleichzeitiges Abscheren solcher Scheiben zu Spänen bzw. Schnitzel von den Kräften ein und desselben Messers bewerkstelligt.
Das Holzstück, meistens ein Bloch, wird der rotierenden Zerspanscheibe, die mit einer Anzahl von Messern versehen ist, durch eine Tülle zugeführt. Die Stellung der Tülle und ihre Richtung relativ zur Zerspanscheibe bestimmt den Schneidwinkel und auch den Winkel zwischen den Projektionen des Haupt-Kraftvektors und der Blochachse auf die Scheibenebene.
Beim üblichen Zerspanen wird der Stamm so gegen einen Punkt auf der rotierenden Zerspanscheibe vorgeschoben, dass sich die Projektion des Hauptkraftvektors auf die Scheibenebene im wesentlichen parallel zur Längsachse des Holzbloches erstreckt. Erfindungsgemäss hingegen wird das Zerspanen in solcher Weise durchgeführt, dass der Stamm so gegen die Schneidebene vorgeschoben wird, dass der Kraftvektor in einer Ebene (der Schneidebene) durch die Schneidlinie (d. h.
die Linie, der entlang sich der Schnitt in einem gegebenen Augenblick entwickelt und die mit der Schneide des Messers zusammenfällt) und parallel zur Längsachse des Stammes eine solche Richtung aufweist, dass seine normal zur Faserrichtung stehende Komponente gegenüber der parallel zur Faserrichtung stehenden Komponente überwiegt, wobei der Winkel zwischen den Projektionen des Hauptkraftvektors und der Achse des Stammes auf die Schneidebene nur wenig grösser als 900 und der Winkel zwischen Schneidebene und Stammachse zwischen 10 und 450 ist. Dieses Zerspanungsverfahren besitzt beträchtliche Vorteile, die im folgenden erklärt werden sollen.
Die Erfindung wird mit Hilfe der Zeichnungen genauer beschrieben. Fig. 1 stellt schematisch eine Zerspanscheibe dar und soll dazu dienen, die Auswirkung von zwei verschiedenen Stellungen der Tülle zu veranschaulichen.
Die Fig. 2 und 3 zeigen die Wirkung eines Messers in den zwei in Fig. 1 dargestellten Stellungen der Tülle. Fig. 4 stellt schematisch den Zerspanungsvorgang dar. Fig. 5 ist eine Kurve der Beziehung zwischen der Scherfestigkeit des Holzes und dem Winkel zwischen der Faserrichtung und der Richtung der Scherkraft. Fig. 6 ist eine der Fig. 1 ähnliche schematische Ansicht und zeigt die Stellung der Tülle in einer Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 1 sieht man eine Zerspanscheibe --15-- mit einigen radialen Messern-16--im unteren
<Desc/Clms Page number 2>
Teil der Zeichnungen. im rechten oberen Quadranten sind durch die elliptischen Schnittflächen --17 und
18-zwei verschiedene Stellungen der Tülle für das Bloch veranschaulicht. Die Zerspanmaschine ist eine Rechtsmaschine, d. h. die Scheibe --15-- rotiert im Uhrzeigersinn. (Erfolgt die Drehung im entge- gengesetzten Sinne, so wären die Zeichnungen durch die senkrechte Ebene zu drehen,.)
Die Lage der Schnittfläche des Bloches auf der Scheibenebene soll in der üblichen Weise wie die Zeigerstellung auf einem Uhrzifferblatt angedeutet werden, wie auch in Fig. 1 eingezeichnet.
Eine Stellung "3 Uhr" (der Fläche --18--) bedeutet einen Winkel von 1800 zwischen der (strichliert gezeichneten) Projektion --19-- des Hauptkraftvektors und der voll gezeichneten Projektion --20-- der Achse des Bloches auf die Ebene der Scheibe. In diesem Fall wirkt die Kraft parallel zur Faserrichtung und die Bildung der Späne bzw. Schnitzel geschieht in der in Fig. 2 dargestellten Weise, wo mit --25-das Bloch und mit --16-- das Messer bezeichnet ist.
Eine"12 Uhr"-Stellung in Fig. 1, durch die Fläche --17-- dargestellt, entspricht einem Winkel von 900 zwischen der strichliert gezeichneten Projektion --23-- des Hauptkraftvektors und der voll gezeichneten Projektion --24-- der Achse des Stammes. In diesem Fall wirkt die Kraft normal zur Faserrichtung und die Spanbildung geht so wie in Fig. 3 dargestellt vor sich.
Die Spanbildung kann (s. Fig. 4) vereinfacht so aufgefasst werden, dass ein Teil --27--, der aus einem sonst flachen vertikalen Holzstück --28-- hervorsteht, weggeschert wird. Zerspanen in der Stellung "3 Uhr" ist gleichbedeutend mit dem Aufbringen einer Komponente --29-- des Kraftvektors parallel zur Faserrichtung, wogegen Zerspanen in der Stellung "12 Uhr" gleichbedeutend mit dem Aufbringen eines Kraftvektors --30-- normal zur Faserrichtung ist.
Natürlich ist auch jede Zwischenstellung zwischen den beiden Extremfällen möglich. Die aufzubringende Kraft ist gleich dem Produkt aus Scherfestigkeit und Grösse der dem Schervorgang ausgesetzten Fläche. Nach F. Kollmann,"Technologie des Holzes und Holzwerkstoffe", München 1951, ist die Beziehung zwischen der Scherfestigkeit des Holzes und dem Winkel zwischen Faserrichtung und Kraftvektor so, wie durch die Kurve in Fig. 5 dargestellt.
Man ersieht daraus, dass das Abscheren des vorstehenden Teiles --27-- in Fig, 4 mittels einer Kraft, die parallel zur Faserrichtung aufgebracht wird, eine wesentlich höhere Kraft erfordert als im Falle des Aufbringensder Kraft normal zur Faserrichtung, wie durch die Werte in Fig. 4 dargestellt. Natürlich sollen diese Werte nur eine allgemeine Vorstellung der Grösse dieser Kräfte vermitteln und dürfen nicht als exakte Werte betrachtet werden.
Die in Zusammenhang mit dem Zerspanen auftretenden Kräfte ergeben eine Pressung (Quetschung) des Holzes, die, wenn sie ein gewisses Minimum überschreitet, zu einer Qualitätsverschlechterung von aus diesem Holz hergestelltem Zellstoff führt. Das trifft besonders im Falle von Sulfit-Zellstoff zu, ins-
EMI2.1
und T. B. Little (Pulp Paper Mag. Can. 61 [1960] : 11, T 515) gaben an, dass dieses Minimumbeizirka lqo Deformation liegt. J. E. Stone und L. S. Nickersson (Pulp Paper Mag. Can. 59 [1958] : 6, 165) zeigten, dass der Festigkeitsverlust von Sulfit-Zellstoff grösser ist, wenn dieselbe Kraft parallel zur Faserrichtung aufgebracht wird, als im Falle des Aufbringens dieser Kraft normal zur Faserrichtung.
Zusammenfassend gesagt bedeutet das, dass man bis zu einer Deformation von zirka 10/0 zusammenpressen kann, ohne das Holz zu verletzen und dadurch die Festigkeitseigenschaften des Zellstoffes zu verschlechtem, dass jedoch solche Verletzungen bei weiterem Zusammenpressen ausgeprägter werden, wobei ein Aufbringen der Kraft normal zur Faserrichtung weit weniger schädlich als ein Aufbringen parallel zur Faserrichtung ist.
Um den erforderlichen Vorschub des Bloches gegen die Zerspanscheibe der Tülle entlang zu erzielen, muss man eine genügend grosse Kraftkomponente parallel zur Achse des Bloches, d. h. in Faserrichtung, aufbringen.
Erfindungsgemäss wird die Komponente der Hauptkraft vom Messer in der Schneidebene in solcher Richtung aufgebracht, dass ihre normal zur Faserrichtung stehende Komponente gegenüber der parallel zur Faserrichtung stehenden überwiegt, doch ist dabei die Komponente parallel zur Faserrichtung genügend gross, um den erforderlichen Vorschub des Bloches gegen die Zerspanscheibe zu bewerkstelligen.
Zu diesem Zweck wird das Bloch in einer solchen Richtung vorgeschoben bzw. die Zuführtülle so angeordnet, dass der Winkel zwischen den Projektionen des Hauptkraftvektors und der Längsachse des Bloches auf die Schneidebene etwas mehr als 900 beträgt. Das bedeutet, dass im besprochenen Beispiel gemäss Fig. 6 die Schnittfläche --31-- des Bloches mit einem Winkel von etwas über 900 zwischen der Projektion --32-- des Vektors der Hauptscherkraft und der Projektion --33-- der Blochachse auf der
<Desc/Clms Page number 3>
Zerspanungsscheibe liegt, was einer Winkelstellung der Schneidfläche von zirka "1 Uhr" entspricht. In der Praxis muss der Winkel zwischen den genannten Projektionen zwischen 95 und 1350 liegen.
Um den in Fig. 4 dargestellten Effekt in vollem Masse zu erzielen, soll der Einlaufwinkel, d. h. die
Neigung der Blochachse zur Schneidebene, möglichst klein sein. Theoretisch sollte dieser Winkel 00 sein, d. h. das Bloch sollte in einer Ebene parallel zur Schneidebene vorgeschoben werden, was in der
Praxis natürlich nicht möglich ist. Es besteht für den Einlaufwinkel eine praktische untere Grenze, die wahrscheinlich nicht unter 100 liegen wird. Der Einlaufwinkel sollte vorzugsweise 200 sein und nicht über 450 liegen.
DurchAusnutzung des erfindungsgemässen Schneidprinzipes, wie in Fig. 6 für ein konkretes Beispiel dargestellt, wird der Kraftvektor hauptsächlich normal zur Faserrichtung gerichtet, wodurch im Ver- gleich zum Aufbringen der Kraft im wesentlichen parallel zur Faserrichtung zwei Vorteile gewonnen werden : Wegen der geringeren Scherfestigkeit des Holzes in diesem Belastungsfall ist eine geringere
Kraft erforderlich, und es verursacht daher die aufgebrachte Kraft weniger Quetschungen des Holzes und es ergibt sich ein geringerer Festigkeitsverlust des daraus hergestellten Zellstoffes als bei Einwirkung derselben Kraft parallel zur Faserrichtung. Dabei gestattet die Anordnung nach Fig. 6 jedoch eine ge- nügend grosse Kraft parallel zur Faserrichtung, um die notwendige Bewegung des Bloches gegen die
Schneidebene zu erzielen.
Es ist klar, dass die Anordnung nach Fig. 6 nur ein Beispiel ist und den Fall darstellt, wo sich die
Tülle in einer vertikalen Ebene normal zur Zerspanscheibe erstreckt, d. h. die Tülle besitzt keinen Sei- tenwinkel. Hat die Tülle einen Seitenwinkel, so ändert sich der optimale Fall bezüglich der Stellung der Schnittfläche so. dass der Winkel zwischen den Projektionen des Hauptkraftvektors und der Achse des
Bloches auf die Zerspanscheibe erhalten bleibt.
Im Spezialfall des Vorschubes des Bloches in einer horizontalen Ebene normal zur Zerspanscheibe wird die Lage der Schnittfläche von der Stellung "3 Uhr" um einen Winkel verschoben, der gleich der
Verschiebung von der Stellung "12 Uhr" weg in Fig. 6 ist, wobei der besagte Winkel in beiden Fällen gleich ist.
Der Keilwinkel der Messer und deren Halterung sind für die Erfindung nicht kritisch ; es kann jede übliche Anordnung verwendet werden. Ähnlich dem üblichen Zerspanprinzip jedoch soll der Keilwinkel des Messers so klein wie möglich sein, was aus Festigkeitsgründen einen Keilwinkel von zirka 30 bis
360 bedeutet. Die Messer sind so einzuspannen, dass die Freifläche des Messers mit der Schneidebene einen genügend grossen Winkel bildet (Freiwinkel), um dem Bloch bei seinem Vorschub gegen das Messer genügend freien Raum zu geben.
Abgesehen von der Verminderung der Quetschungen besteht ein weiterer Vorteil der mittels des erfindungsgemässen Verfahrens erhaltenen Späne bzw. Schnitzel darin, dass sie dünner sind als normale Späne gleicher Länge. Im Falle von Sulfat-Zellstoff bedeutet das, dass die Schnitzel mit besserer Gleichmässigkeit gekocht werden können. In der Praxis bedeutet das bei unverändertem Anteil von ungekochtem Material, dass entweder der Ligningehalt des sich ergebenden ungebleichten Sulfat-Zellstoffes oder die beim Kochen angewendete Spitzentemperatur erhöht werden kann. Im ersteren Falle kann man die Zellstoffausbeute erhöhen, im letzteren Fall wird die Kochzeit merklich verkürzt.
Die Erfindung soll weiters durch folgende Beispiele verdeutlicht werden : Beispiel l : Es wurde eine Versuchs-Zerspanungsanlage mit einer Zerspanscheibe von 1, 4 m Durchmesser aufgebaut. In einer vertikalen Ebene wurde normal zur vertikalen Zerspanscheibe, also ohne Seitenwinkel, eine Tülle montiert. Die Tülle war so angeordnet, dass die Schnittfläche mit Fig. 6 übereinstimmte, mit einem Winkel zwischen der Projektion des Hauptkraftvektors und jenem der Achse des Bloches von 110 . Der Winkel zwischen der Tülle und der Zerspanscheibe (der Einlaufwinkel) war veränderbar und wurde bei diesem Versuch im Bereich von 10 bis 420 verändert, Der Keilwinkel der Messer war 300 und deren Einspannung so, dass der Freiwinkel den nötigen freien Raum ergab (seine Grösse ist für jeden Versuchslauf angegeben).
Die Zerspanscheibe wurde mit einer Drehzahl von 520 Umdr/min angetrieben und die gewünschte Spanlänge war 25 mm.
Bei jedem Lauf wurde ein Versuchsbloch einer amerikanischen Fichte (spruce) verwendet, das durch Längsspalten von normalen Blochen hergestellt wurde, wobei übrige Teile des ersten Bloches zur Anfertigung von handgefertigten Laboratoriumsschnitzeln zwecks Vergleich verwendet werden konnten. Es wurden vier Läufe durchgeführt und die dabei erzeugten Schnitzel durch händische Messung der Abmessungen, Kochen mit Sulfitkochlauge bis zu einer Roe-Zahl von zirka 6 desungebleichtenSulfitzellstof- fes, Mahlen in einer PFI-Stoffmühle und Messung der Festigkeit getestet. Bei letzterer Messung wurde mit den erwähnten Labor-Schnitzeln verglichen und die Ergebnisse der Festigkeitsmessung als prozen-
<Desc/Clms Page number 4>
tuelle Festigkeit des Zellstoffes im Verhältnis zu den Labor-Schnitzeln ausgedrückt.
Das bedeutet, dass 0% das Fehlen von Verletzungen durch Quetschung, einen Festigkeitsverlust durch das Zerspanen und somit optimale Qualität der Schnitzel bezeichnet. Die folgende Tabelle I gibt die Abmessungen der Schnitzel und die Tabelle II den Festigkeitsverlust durch Quetschverletzungen an.
Tabelle I
EMI4.1
<tb>
<tb> Einlaufwinkel <SEP> Freiwinkel <SEP> Schnitzellänge <SEP> Schnitzelstärke <SEP> Verhältnis <SEP> von <SEP> Schnitzelin <SEP> Grad <SEP> in <SEP> Grad <SEP> mm <SEP> mm <SEP> länge <SEP> zu <SEP> Schnitzelstärke
<tb> 10 <SEP> 7,2 <SEP> 27 <SEP> 2, <SEP> 28 <SEP> 11,8
<tb> 18 <SEP> 12,8 <SEP> 27 <SEP> 2,60 <SEP> 8,1
<tb> 30 <SEP> 21, <SEP> 0
<tb> 42 <SEP> 28, <SEP> 6 <SEP>
<tb>
Tabelle II
EMI4.2
<tb>
<tb> Einlaufwinkel <SEP> Festigkeitsverlust <SEP> bei <SEP> ungebleichtem
<tb> in <SEP> Grad <SEP> SulfitzeIlstoff, <SEP> 0/0 <SEP>
<tb> 10 <SEP> 1, <SEP> 6
<tb> 18 <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 30 <SEP> 5,5
<tb> 42 <SEP> 7, <SEP> 9 <SEP>
<tb>
EMI4.3
<Desc/Clms Page number 5>
wendet werden könnte, wurden bestimmt.
Die Ergebnisse waren wie folgt :
Tabelle III
EMI5.1
<tb>
<tb> Schnitzelart <SEP> Erzielbare <SEP> Roe-Zahl <SEP> Maximale <SEP> Spitzentemperatur
<tb> bei <SEP> 1700C <SEP> oe <SEP>
<tb> Gewöhnlich <SEP> 6, <SEP> 8 <SEP> 168
<tb> erfindungsgemäss
<tb> hergestellte <SEP> 9, <SEP> 1 <SEP> 190
<tb>
Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, dass es mit Schnitzeln, die durch das erfindungsgemässe Verfahren hergestellt wurden, möglich ist, Zellstoff mit einer höheren Roe-Zahl zu erzeugen und eine höhere Spitzentemperatur anzuwenden, ohne den Anteil der Knöpfe zu erhöhen. Das bedeutet in der Praxis, dass zufolge der Qualität der im erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Schnitzel das Kochen mit Sulfatlauge zu einer gleichmässigeren Delignifizierung führte.
Vom Standpunkt der Praxis aus betrachtet bedeutet das auch, dass Zellstoff, der aus erfindungsgemäss hergestellten Schnitzeln gewonnen wird, mit einer höheren Roe-Zahl. d. h. mit höherer Ausbeute, hergestellt werden kann oder dass mit einer höheren Spitzentemperatur gekocht werden kann, was rascheres Kochen bedeutet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Holzschnitzeln für die Erzeugung von Zellstoff durch Zerspanung von Holzstämmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Stamm so gegen die Schneidebene vor- geschoben wird, dass der Kraftvektor in einer Ebene durch die Schneidlinie und parallel zur Längsachse des Stammes eine solche Richtung aufweist, dass seine normal zur Faserrichtung stehende Komponente gegenüber der parallel zur Faserrichtung stehenden Komponente überwiegt, wobei der Winkel zwischen den Projektionen des Hauptkraftvektors und der Achse des Stammes auf die Schneidebene nur wenig grösser als 900 und der Winkel zwischen der Schneidebene und der Achse des Stammes zwischen 10 und 45 ist.