DE1461026A1 - Verfahren zum Holzzerspanen - Google Patents
Verfahren zum HolzzerspanenInfo
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Description
54-32 OA
H61026
;:. c ;:-.ist2De
Stift el sen ßvensk Cellulosaforskning,
Stockholm (Schweden)
Di· Erfindung bemieht sieh «af ein Verfahren sum Zermpwmea τοη Hol», in der Haupt each« «ur Herstellung ron
Zellulose, aber aach *ur Herstellumg τοη Bretteilchen.
HaupteäGhlich handelt es eich u» die Lösung der Aufgabe* dme Zerspanen des Holsee derart durchzuführen,
dafi das Sols dabei geringen Schaden erleidet und daß
die sur Zerspanung erforderlieh· Kraft Terringert wird.
OFr/GiNAL
80 9811/057A
Beim Stand der Technik dienen die von ein und demselben Hesser ausgeübten Kräfte sub fördern der Holzstücke, su ihrem Zerschneiden in Scheiben entsprechend
der Spanlänge und der Paserrichtung und su^gleichseitigen Zerspanen solcher Scheiben in Späne. Das HoIsstuck, üblicherweise ein Klots, wird durch eine Führungsmündung der umlaufenden Zerspanungsscheibe zugeführt, die nit einer Anzahl von Messern versehen
ist. Die Lage der Führung und ihre Richtung in Besug auf die Zerspanungsscheibe bestimmen den Schnittwinkel
und auch den Winkel swischen den Projektionen des hauptsächlichen Kraftvektors (Kraftangriffsrichtung)
und der Holsklotsachse auf die Scheibenebene.
Beim bekannten Zerspanen wird der Klots gegen einen Punkt der umlaufenden Zerepanungsscheibe derart geführt, daß eich die Projektion des hauptsächlichen
Kraftvektore auf die Scheibenebene im wesentlichen parallel su der Längsachse des Klotses erstreckt. Srfindungsgeaäß wird das Zerspanen in solcher Weise ausgeführt, da£ der Kraftvektor in einer Sbene (der
BAD ORiGINAi. 809811/0574
Schneidebene,»durch die Schnittlinie,(das ist die
Linie, entlang welcher sich der Schnitt in einem gegebenen Augenblick entwickelt, welche Linie mit
der Schneidkante des Messers übereinstimmt) und parallel der Längsachse des Klotzes so gerichtet
ist, daß ihr« senkrecht zur Faserrichtung gerichtete
Komponente wesentlich größer als die der Faserrichtung
parallele Komponente ist. Mit anderen Worten, der Winkel zwischen den auf die Schnittebene erfolgten
Projektionen des Hauptkraftvektors und der Klotzachse ist nur wenig größer als 90°. Außerdem ist der
Winkel zwischen der Schneidebene und der Klotzachse so klein wie möglich. Bin nach dieser Methede durchgeführtes
Zerspanen bringt wesentliche Vorteile mit sich, welche weiter untern beschrieben und erklärt
werden.
Im einzelnen wird die Erfindung nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Figur 1 zeigt schematisch eine Zerspanungsscheibe,
.:,-:,; jrobei zwei verschiedene Lagen der Klotzfilhrung
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bzw. der Führungsmündung dargestellt sind. Sie
Figuren 2 und 5 veranschaulichen die Arbeitsweise
eines Messers in den zwei Lagen entsprechend den in Figur 1 dargestellten Fuhrungsmündungen.
Figur 4 veranschaulicht theoretisch den Zerspanungsvorgang, wobei
Figur 5 ein Diagramm zeigt zur Veranschaulichung der
Verhältnisse zwischen der Bolzzerspankraft und dem Winkel zwischen der Faserrichtung und der
Angriffsrichtung der Zerspanungskraft.
Figur 6 zeigt in einer der Figur 1 ähnlichen Weise die Lage der Führungsaündung bei einen erfindtmgs—
gemäßen Ausführungsbeispiel.
Die Zerspanungsecheibe 15 in Figur 1 ist mit wenigen
radial angeordneten Mesara im linken unteren feil der
Figur dargestellt. Xm oberen rechten Teil der Figur
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sind zwei verschiedene Lagen der Klo t ζ zuführung smündung durch di# erVftLs» 8©J»ittoberflächen 17 und 18
des Holzklatme» Ä&g£*geb«Ä. Is handelt sich In diesem
Fall um eine rechte umlaufende Maschine, d.h. die
Scheibe 15 dreht sich im Uhrzeigersinn. (Wenn die Drehung entgegen dem Uhrseigersinn erfolgt, müsste
die Figur 1 gewissermaßen von hinten betrachtet werden). In Übereinstimmung mit der gebräuchlichen Praxis
wird die Lage der Schnittoberfläche des Klotees in Bezug auf die Scheibenebene durch die Stundenzahlen
einer Uhr angegeben. In Figur 1 sind die Uhrzeiten drei, sechs, neun und zwölf Uhr angegeben. Bei der
Drei-Uhr-Stellung (Schnittoberfläche 18) ist ein Winkel Ton 180° zwischen der gestrichelt gezeichnetem
Projektionslinie 19 des Hauptkraftvektors und der ▼oll ausgezogenen Produktionslinie 20 der Klotzachse
jeweils auf die Scheibenebene vorhanden. In dieser
Stellung wirkt die Kraft parallel der Faserrichtung und die Spambll&mmg erfolgt in der aus Figur 2 ersieht liehen Weise, wobei der Holzklotz mit 25 und das
Messer mit 16 bezeichnet 8lad. In der Zwölf-Uhr-Stellung entsprechend der in Figur 1 dargestellten Schnitt-
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Oberfläche 17 ist ein Winkel von 90° zwischen der
gestrichelt gezeichneten Projektionslinie 23 Kraftrichtung und der ausgezogenen Projektionslinie
24 der Klotzachse vorhanden. Bei dieser Lage wirkt die Kraft senkrecht zur Faserrichtung und die Spanbildung erfolgt in der aus Figur 3 ersichtlichen
Weise.
In Figur M- 1st die Spanbildung in einer vereinfachten
Weise dargestellt, indem ein von dem im übrigen ebenen und senkrecht stehenden Holzstück 28 vorstehender Teil
27 abgeschnitten werden soll. Die Faserrichtung ist schematisch und im übrigen durch einen Doppelpfeil
dargestellt. Bei der Diei-Uhr-Stellung ist eine Kraftkomponente
29 parallel der Faserrichtung dargestellt, während bei der Zwölf-Uhr-Stellung die Kraftkomponente
30 senkrecht zur Faserz'ichtung wirksam wird. Dabei sind die beiden Kraftkomponenten verschieden stark,
wie aus den beiden beigefügten Kraftstärken ersichtlich
ist.
Es ist klar* daß jede Zwischenstellung zwischen den
beeiden äußersten dargestellten Lagen eöglich ist.
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Die jeweils erforderliche Kraft ist gleich dem Produkt
ans der Zerspanungskraft und der Oberflächengroße,
die bei der Zerspanung vorhanden ist. Das Verhältnis zwischen der Zerspanungskraft und dem
Winkel zwischen der Faserrichttüig und dem Kraftvektor
ist in dem Diagramm nach Figur 5 und in Übereinstimmung mit dem Lehrbuch von F. Kollmann "Technologie
des Holzes «ad Holzwerkstoff^*, München 195^» angegeben.
Daraus ist ersichtlich, daß zum Zerspanen bzw. zum Abscheren des vorspringenden Holzteiles 27 in
Figur # eine beträchtlich griiere Kraft erforderlich
ist, wenn die Kraft parallel der Faserrichtung und nicht senkrecht zur Faserrichtungrangreift. Die in
Figur 4 angegebenen Kraftgroßen sollen nur eine allgemeine Vorstellung geben, d.h. es handelt sieh dabei
nicht mm geaasie aat exakte Werte«
Die bei der Zerspanung auf tretenden Kräfte bewirke»
eine Verdichtung ©der Qaetsehimg des Holzes, was eis*
geringere Werteigenschaft des von dem Holz erzeugte»
Holzschliffs zur Folge hat, wenn die Qnetschung über
einen gewissen Hindestbetrag hitausgeht. Dies ist
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besonders im Pall eines Sulfit-Holzschliffs der Fall, lind wirkt sich auch in den Stärkeeigenschaften des
Holzschliffs aus. Dieser Mindestbetrag ist zu etwa
1 % Verformung festgestellt worden von K. C. logan,
O. J. K. Sepall, J. L. Chollet und 0?. B. Little (Pulp
Paper Mag. Can. 61. (1960); 11, 0? 515- J· E. Stone
und L. S. Üfickersson haben gezeigt (Pulp Paper Mag.
Can.^2 O958 (:6t 165), daß der Stärkeverlust des
Sulfit-Holzschliffs größer ist, wenn die gleiche Kraft parallel der Paserrichtung als im Falle der zur Paserrichtung senkrechten Anwendung ist. Zusammengefasst
lässt sich sagen, daß eine Verformung von etwa 1 % des Holzes möglich ist, ohne einen schädlichen Verlust der Stärkeeigenschaften des Holzschliffs zu erhalten;
bei weiterer Verformung wird der Schaden aber beachtlicher. Die Kraftanwendung senkrecht zur Faserrichtung ist erheblich weniger schädlich als parallel
der Paserrichtung.
ITm die erforderliche Zuführung oder Förderung des
Holzklotzes in seiner Führung in Richtung auf die Messerscheibe zu erhalten, ist eine genügend größe
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Kraftkomponente erforderlich, die parallel der Klotzachse, d.h. in der Faserrichtimg, wirksam ist.
Erfindungsgemäß wird eine in der Schneidebene liegende, von dem Messer ausgehende Komponente der Hauptkraft
in solcher Richtung angewendet, daß die Komponente senkrecht ssur Faserrichtung die Komponente parallel
zur Faserrichtung überschreitet, wobei aber gleichseitig die parallel der Faserrichtung wirksame Komponente genügend groß ist, um die erförderliche Zuführung
des Holzklotzes in Sichtung auf die Messerscheibe su gewährleisten·
Zu diese» Zweck wird der Holzklotz in solcher Richtung
bewegt, mit anderem Worten, die Klotzführung ist so angeordnet, daß der Winkel zwischen den auf die Schneidebene
vorgenommenen Projektionen des Hauptkraftvektors und der Längsachse des Kietze« wenig mehr als 90° beträgt* Bei de» in figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel
liegt die geschnittene Oberfläche 31 des Klotzes auf der Schneidscheibe mit einem 90° etwas
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überschreitenden Winkel zwischen der Projektionslinie
32 des Hauptkraftvektors und der Produktionslinie 33 der Klotzachse. Bei Benutzung der Uhrzeiten könnte
hier von der Ein-Uhr-Stellung auf der Schneidebene
gesprochen werden. In der Praxis wird man einen zwischen den genannten Projektionslinien eingeschlossenen
Winkel zwischen 95^ und 135° wählen.
Um die aus Figur 4 ersichtliche günstige Wirkung ganz zu erreichen, sollte der Zuführungswinkel, d.h. die
Heigung der Klotzlängsachse zur Schneidebene, so klein als möglich, also 0° sein. Mit anderen Worten, der
Holzklotz sollte in einer der Schneidebene parallelen Ebene zugeführt werden, was natürlich in der Praxis
unaöglich ist. Es gibt eine praktisch· untere Grenze für den Zuführungswinkel, der nicht unter 10° liegen
sollte. Vorzugsweise beträgt dieser Zuführungswinkel etwa 20° und sollte nicht größer als 4-5° sein·
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Schneidprinzips, wie es für ein eigentümliches Beispiel in Figur 6
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dargestellt ist, ist der Kraftvektor hauptsächlich senkrecht zur Faserrichtung wirksam, wobei im "Vergleich
zur hauptsächlichen Kraft anwendung in der Faserrichtung zwei Torteile erreicht werden, daß
nämlich eine geringere Kraft erforderlich ißt und daß eich dabei eine geringere Quetschung des Holzes
und demzufolge ein geringerer Stärkeverlust des Holzschliffs ergibt. Bas alles ist niüht der Fall,
wenn die gleiche Kraft parallel der Faserrichtung wirkt. Gleichzeitig aber ergibt sich bei der in Figur
6 dargestellten Anordnung noch eine genügende, parallel der Faserrichtung w4rkende Kraft, um den
notwendigem Vorschub dee Holzklotzes zu gewährleisten.
Is sei noch darauf hingewiesen, daß in Figur 6 lediglich ein Beispiel dargestellt ist, wobei es sich um
den Fall handelt, daß sieh ti« !lotzuführung in einer
senkrechten Ebene ausdehnt, die auf der Schneidebene senkrecht steht, mit anderen Wörtern, die Zuführung
besitzt keinen Seiteawinkel. Die günstigsten Verhältnisse ändern sich, wenn die Zuführung einen
Seitenwinkel besitzt und wenn der Winkel zwischen tem
oben mehrfach erwähnten Projektionen aufrecht erhalten
* ■ ■
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wird. In dem besonderen Fall der Klotxzuführung in
einer waagrechten Ebene senkrecht nur Schneidscheibe wird man die Lage der geschnittenen Oberfläche im
Uhrzeigersinn von der Drei-Uhr-Stellung ausgehend um efeien Winkel ändern, der dem Winkel zwischen der
in Figur 6 dargestellten Lage der Oberfläche 31 und der Zwölf-Uhr-stellung entspricht, so daß also der
Winkel in beiden Fällen der gleiche sein wird.
Der Schärfwinkel der Messer und ihfe Befestigung sind
für die vorliegende Erfindung nicht von großer Bedeutung; in dieser Hinsicht kann $ ede bekannte Anordnung verwendet werden, Jedoch sollte ähnlich der vorbekannten Anordnung der Schärfwinkel des Messers so
klein als möglich sein, worunter aus Gründen der Festigkeit ein Schräfwinkel von etwa 30° bis 36° zu
verstehen ist. Die Messer sind so zu befestigen, daß die für den Spandurchgang in Betracht kommende Messeroberfläche mit der Schneidebene einen genügend großen
Winkel (Freiwinkel) einschließt, damit ein zufriedenstellender Spandurchlass gewährleistet ist.
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Abgesehen von der verringerten Quetschung besteht
ein anderer erfindungsgemäß erreichter Vorteil darin, daß die Späne dünner als gewöhnliche Späne
gleicher Länge sind. Das bedeutet im Falle der Sulfat-Behandlung, daß das Kochen der Späne mit
einer verbesserten Gleichförmigkeit durchgeführt werden kann· Praktisch gesprochen bedeutet das, daß
bei gleichbleibendem, ungekochten Material entweder
der Idgnin-Gehalt der sich ergebenden ungebleichten Sulfat-Zellulose erhöht, oder die beim Kochen verwendete Höchsttemperatur erhöht werden kann. Im ersten
Fall ergibt sich eine größere Ausbeute an Zellolose und im letzteren Fall kann die Kochzeit merklich
verküret werden.
Sie Brfindung sei schließlich noch durch die folgenden Beispiele weiter erläutert*
Bei einer Versuchsanlage sum Zerspanen 1st eine Messerscheibe sit einem Durchmesser von 1,4 Meter verwendet
worden.
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Die Zuführung befindet sich in einer senkrechten Ebene, die auf der senkrecht liegenden Schneidscheibe senkrecht steht, d.h. bei der Klotzführung
ist kein Seitenwinkel vorhanden. Sie Führungsmündung war in Übereinstimmung mit Figur 6 angeordnet; der
Winkel zwischen den Projektionen des Hauptkraftvektors und der Klotzachse betrugHO0· Der Winkel
zwischen der Zuführung und der Schneidscheibe war veränderlich und wurde bei diesem Versuch im Bereich
von 10° zu 42° verändert. Der Schärf winkel der Messer
30° und durch ihre Befestigung war für einen
zufriedenstellenden Freiwinkel für den Durchgang der Späne gesorgt. Die Umlaufzahl der Schneidscheibe
betrug 520 Umdrehungen pro Hinute und die gewünschte
Spanlänge war 25 am.
Bei jedem Versuch wurde ein Klotz aus Fichte verwendet, welcher aus einem gewöhnlichen Klotz durch Spaltung
in der Längsrichtung hergestellt war. Die übrig bleibenden feile des ursprünglichen Klotzes wurdmzur
Handherstellung von Vergleichs spänen benutzt. Ss wurden vier Versuche gemacht und die sich ergebenden
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Späne wurden durch Messung von Hand untersucht. Die Späne wurden in Sulfit-Lauge bis zu einer Roe-Nummer
von etwa 6 der ungebleichten Sulfit-Zellulose gekocht und in bekannter Weise weiterbehandelt. Mit "
den von Hand gemachten oben erwähnten Spänen wurden Laboratoriumsversuche zum Vergleich gemacht und die
Stärkeresultate beider Spanarten wurden rechnerisch
in Prozente umgerechnet. O % bedeutet das Fehlen von Quetßchverlusten und infolgedessen keine durch das
Zerspanen bedingten Stärke Verluste entsprechend der
tοstmoglichen Spanqualität. Me unten angegebene
Tafel I zeigt die Spanabmessungen und die 07afel II
gibt die auf der Quetschung beruhenden Stärkeverluste an.
| Tafel I | 2? 2.28 2? 2.60 |
Verhältnis der Länge but |
|
| Winkel der | Freiwinkel Spanlänge Spandicke VOR mm |
Dicke des Sow« | |
| 11.8· 8.1 |
|||
| 10 18 50 42 |
7.2 12.8 21.0 28.6 |
||
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| Tafel II |
Stärkeverlußt bei
ungebleichter SuI fit-Zellulose % |
|
| Winkel der | 1.6 | |
| 3.8 | ||
| 10 | 5.5 | |
| 18 | 7.9 | |
| 30 | ||
| 42 |
Üblichet maschinell hergestellte Späne haben ein Länge»
zu Dicke-Verhältnis von 5 bis 7» Sie erfindungsgemäß
hergestellten Späne haben ein höheres Länge- au Dicke-Verhältnis, wenn der Zuführungswinkel unter 20° liegt»
was erfindungegemäß bevorzugt ist* Gewöhnliche, maschinell hergestellte Späne besitzen in der ungebleichten
Zellulose einen umgerechneten Stärkeverlust von annähernd 15 %» Die erfindungsgemäß hergestellten Späne
sind bessern, d.h. bei ihnen tritt ein kleinerer Stärkeverlust ein und diese Wirkung nimmt mit der Verringerung des Zuführungswinkels su. Bs sei jedoch bemerkt« daß eine bemerkenswerte Wirkung eintritt, wenn
Zuführungswinkel oberhalb 30° verwendet werden.
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und in der Versuchsanlage nach Beispiel 1 unter Benutzung eines Zuführungswinkels von 18° hergestellte
Späne wurden in einem Laboratoriumsapparat in Sulfatlauge gekocht,
70 Gramm getrocknetes Holz wurden gewogen und zusammen mit Sulfatlauge in eine Autoclaven-Höhre gebracht, wobei das Verhältnis von Flüsigkeit zu Holz
4 zu Λ war. Der Betrag an Chemikalien war so, daß die gewünschte Roe-Kummer innerhalb einer Kochperiode von
zwei Stunden erreicht wurde und daß die Sulfidität 25 % war. Die Kochflüssigkeit wurde auf $0° vorerhitzt,
worauf eine Temperaturerhöhung bis zur gewünschten Temperaturspitze erfolgte, bei einer Erhöhung von 1°
Celsius pro Minute. Die Kochperiode bei der Spitzentemperatur betrug zwei Stunden.
lach der Unterbrechung des Kochens wurde die sich
ergebende Zellulose in heiaβem Wasser gewaschen und
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dann mit Wasserstrahlen gesiebt unter Verwendung eines Wasserdruckes von 1,5 AthmoSphären. Die Sieblöcher
hatten einen Durchmesser von zwei Millimeter. Die durch das Sieb zurückgehaltenen Zelluloseteilchen
sind als Knoten bezeichnet und wurden besonders bestimmt. Die fioe-Numiter und die Ausbeute an Zellulose
wurden bestimmt« Die erreichte JRoe-Nummer und
die Höchsttemperatur, verwendbar bei Erreichung eines Maximums von 1 % Knoten, wurden bestimmt. Dabei ergaben
sich die folgenden Resultate.
Tafel III
Span-Art Erreichbare Hoe-Hr. Maximale Spitzen-
bei 170 Celsius temperatur CeI.
vorbekannte 6.8 168
erfindungsgemäße 9.1 190
Aus dieser Tafel 1st ersichtlich, daß es mit den erfindungsge»äß
hergestellten Spänen möglich ist, eine Zellulose mit höherer Roe-lumaer herzustellen und eine
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höhere Spitzentemperatur zu benutzen, ohne daß dabei
der Betrag an Knoten steigt. In der Praxis will das
besagen, d&ßinfolge der Qualität der erfindungsge- |
maß hergestellten Späne beim Sulfat-Kochen ein gleichmäßigerer Lignin-Auszug erfolgt.
808811
Claims (5)
- U61026F a t e η t a η s ρ rü c heΛ. Verfahren zum Holzzerspanen mit Förderung des Holzklotzes gegen die Schneidebene der Messerscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß dem Holzklotz eine solche Lage gegeben wird, daß bei Zerlegung der- Schneidkraft in zwei Komponenten eine zur Faserrichtung senkrechte Komponente größer als die andere parallel zur Faserrichtung irt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem 90° wenig überschreitenden Winkel zwischen den auf die Schneidebene erfolgten Projektionen des Hauptkraft Vektors und der Klotzachse gearbeitet wird, wobei der Winkel zwischen der Schneidebene und der Klotzachse der kleinstmöglichste ist*80981 1/0574
- 3. "Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei in Anspruch 2 zuerst genannten Winkel mit einer Größe von 95 bis 155° gearbeitet wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Klotzzuführung in einer senkrechten Ebene gearbeitet wird, die auf der Schneidebene senkrecht steht.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Klotezuführung in waagrechter Ebene gearbeitet wird.809811 /0 5-74- '
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|---|---|---|---|
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