DE1461026C3 - Hackmaschine mit rotierenden Schneidmessern zur Herstellung von Holzschnitzeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hackmaschine mit rotierenden Schneidmessern zur Herstellung von Holzschnitzeln mit geneigt zur Messerebene angeordneter Zuführrinne, wobei die Projektion der Zuführrinne auf die Messerebene mit der jeweils vorbeilaufenden Messerschneide einen Winkel bildet. Beim Bau bisher bekanntgewordener Maschinen dieser Art ging man davon aus, daß die von den Schneidmessern beim Bearbeiten des Stammes an diesem angreifenden Kräfte nicht nur den Schneidevorgang selbst bewirken müssen, sondern gleichzeitig auch noch ein Heranziehen des Stammes gegen die Messerscheibe. Man war der Ansicht, daß dieses automatische Zuführen des Stammes um so besser erreicht wird, je mehr die in Faserrichtung wirkende Komponente des in die Schneidebene projizierten Hauptschnittkraftvektors die in die gleiche Ebene projizierte, quer zum Faserverlauf gerichtete Komponente übertrifft. Aus diesem Grunde wird dort (USA.-Patentschrift 2 697 557) die Zuführungsrinne der Messerscheibe so zugeordnet, daß der Winkel zwischen der Projektion der Zuführrinne auf die Messerebene und damit auch der Längsachse des zu zerkleinernden Stammes und die erwähnte Projektion des Hauptschnittkraftvektors in die gleiche Ebene einen Winkel von etwa 165 bis zu 180° beträgt. Da definitionsgemäß der Hauptschnittkraftvektor senkrecht zur Messerschneide gerichtet ist, entspricht dies einem Winkel von etwa 75 bis 90° zwischen der Projektion der Längsachse der Zufuhrrinne und der Messerschneide. Es bestand bislang allgemein die Auffassung, daß dieser Winkel zur einwandfreien Funktion und automatischen Stammzuführung diese Größenordnung besitzen, auf jeden Fall aber 45° übertreffen muß, damit die in Faserlängsrichtung verlaufende, in die Schneidebene projizierte Komponente des Hauptschnittkraftvektors stets größer ist als die quer dazu gerichtete.

Obwohl es bekannt ist, daß die Zerspanungskraft in Faserlängsrichtung die bei einer quer zur Faserrichtung verlaufenden Zerspanung notwendige Kraft beträchtlich übersteigt, beispielsweise mehr als das Dreifache betragen kann und außerdem die Qualität der erzeugten Schnitzel bei einer Zerspanung in Faserlängsrichtung geringer ist als bei einer Querzerspanung, konnte man sich bislang zu einer Überwindung dieses alten Vorurteils nicht durchringen. Dieser Schritt wurde von dem Erfinder erstmals getan.

Es ist bei einem Scheibenhobel zur Erzeugung von Spänen aus stückigem Holz, also aus Abschnitten eines Holzstammes, bereits bekannt, daß man die Zerspanung sowohl ausschließlich in Längsrichtung als auch lediglich in Querrichtung der Faser vornehmen kann (deutsche Patentschrift 941 155). Des weiteren ergibt sich aus dieser Vorveröffentlichung, daß auch beliebige Zwischenstellungen möglich sind, in denen die Zerspanung quer zur Faser erfolgt. Bei dieser Maschine ist indessen lediglich ein Füllschacht vorgesehen, in welchen die zu zerspanenden Holzstücke so eingelegt werden, daß ihre Längsrichtung parallel zur Schneidebene verläuft. Da beim Anmeldungsgegenstand eine Zuführrinne vorgesehen ist, welche eine schräge Anordnung der Längsachse eines ganzen Stammes zur Messerebene ermöglichen soll, entspricht diese vorbekannte Maschine dem Anmeldungsgegenstand gattungsmäßig nicht. Infolgedessen sind auch die beim Anmeldungsgegenstand vorhandenen Probleme mit denjenigen der vorbekannten Maschine nicht vergleichbar. Abgesehen davon, daß bei dieser vorbekannten Maschine keine ■ ganzen Stämme verarbeitet werden können, wird das zu zerkleinernde Holz den Schneidmessern lediglich durch sein Eigengewicht zugeführt. Beim

so Schneidevorgang entstehen aber in entgegengesetzter Richtung wirkende Kräfte, welche die Holzscheite wieder nach außen drücken möchten. Um dies zu verhindern, sind bei dieser vorbekannten Maschine besondere Maßnahmen getroffen, so -beispielsweise

as die Anordnung von Endlosbändern, Kettenförderern u. dgl., welche die Holzabschnitte ständig nach innen fördern. Abgesehen davon, daß hierdurch die Maschine verteuert und die Störanfälligkeit vergrößert wird, konnte diese vorbekannte Maschine schon allein auf Grund des Gattungsunterschieds für die erfindu.ngsgemäße weder Vorbild sein, noch irgendeinen Hinweis auf ihre Konstruktion geben. Der Grund liegt wie gesagt vor allen Dingen in der unterschiedlichen Art der Holzzuführung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welche im Stande ist, Schnitzel besonders hoher Qualität zu erzeugen, bei gleichzeitiger Absenkung ,der notwendigen Zerspanungsleistung und ohne Verzicht auf die automatische Zuführung des Stammes gegen die Messerschneide mit Hilfe der wirksamen Zerspanungskräfte.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Maschine der vorstehend beschriebenen Gattung erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Winkel zwischen der Projektion der Längsachse der Zuführrinne in die Messerebene und der jeweils vorbeilaufenden Messerschneide größer als 0° und kleiner als 45° ist.

Obwohl also hierbei die senkrecht zum Faserverlauf gerichtete Komponente des in der Zerspanungsebene projizierten Hauptschnittkraftvektors in die Faserlängsrichtung verlaufende übertrifft, also stets größer ist als die erstere, erreicht man entgegen der bislang herrschenden Fachmeinung das angestrebte Ziel einer guten Schnitzelqualität bei geringer notwendiger Zerspanungsleistung. Ein Winkel von 0° zwischen der Projektion der Längsachse der Zuführrinne in die Schneidebene und der Messerschneide, was einem Winkel von 90° zwischen dieser Projektion der Längsachse der Zufuhrrinne und derjenigen des Hauptschnittkraftvektors jeweils in die Schneidebene entspricht, ist nicht brauchbar, da in diesem Falle keine in Längsrichtung des Stammes wirkende Kraftkomponente erzeugt wird und demzufolge das automatische Hereinziehen des Stammes unterbleibt. ■ Ein Winkel von 45° (bzw. 135°, wenn man wiederum statt der Messerschneide den hierzu senkrecht ste-

3 4

henden Hauptschnittkraftvektor betrachtet) würde ser und der Projektion 4 der Zuführrinne trägt die

bedeuten, daß die Komponenten des Hauptschnitt- Bezugsziffer 5. Erfindungsgemäß ist dieser Winkel

kraftvektors quer zur und in Faserlängsrichtung größer als 0°, jedoch kleiner als 45°. Beim Ausfüh-

gleich groß wären. Er ist deshalb nicht erstrebens- rungsbeispiel beträgt er etwa 20°.

wert, weil hier bereits der Bereich beginnt, bei wel- 5 Da der Hauptschnittkraftvektor definitionsgemäß

chem sich die Schnitzelqualität verschlechtert und senkrecht zur Messerschneide steht, verläuft auch

die notwendige Zerspanungsleistung unnötig erhöht. seine Projektion auf die Schneidebene, also die

Die Holzzuführungsrinne ist in an sich bekannter Ebene, in der die Messerschneiden bewegt werden, Weise geneigt zur Messerebene angeordnet. Aus senkrecht zur jeweiligen Lage des gerade arbeitenden theoretischen Überlegungen heraus wäre es zweck- io Schneidmessers. Diese Projektion des Hauptschnittmäßig, ihn so klein wie möglich, also beispielsweise kraftvektors ist in der Zeichnung mit einem gestriwie bei der deutschen Patentschrift 941 155 0° zu chelten Pfeil dargestellt, und sie trägt die Bezugszifwählen. Dies bedeutet aber, daß die Längsachse des fer 3. Demzufolge ist der Winkel 6 zwischen der Stammes parallel zur Schneidebene zu liegen kommt Projektion des Hauptschnittkraftvektors und derjeni- und demzufolge keine Stämme, sondern nur noch 15 gen der Zuführrinne, jeweils auf die Schneidebene, Stammabschnitte zerspant werden können, deren um 90° größer als der Winkel 5. Bezogen auf die Länge geringer ist als der Radius der Messerscheibe. Erfindung bedeutet dies, daß der Winkel 6 größer als

Außerdem entstehen an Stelle von Schnitzeln lange 90°, jedoch kleiner als 135° sein soll.

Späne, was ebenfalls unerwünscht ist. Ein bevorzug- ■ Würde sich die Messerscheibe entgegen dem Uhr-

ter Winkel für die Neigung der Zufuhrrinne zur Mes- 20 zeigersinne drehen, so müßte die Figur gewisserma-

serebene beträgt etwa 20°, und er sollte nicht größer ßen von hinten betrachtet werden,

sein als 45°. Die jeweils erforderliche Zerspanungskraft ist

Es ist üblich, bei theoretischen Überlegungen der gleich dem Produkt aus der Scherspannung und der.

hier anstehenden Probleme die Messerscheibe mit Oberflächengröße, die der Zerspanung ausgesucht ist.

dem Zifferblatt einer Uhr" zu vergleichen. Dabei 25 Das Verhältnis zwischen der Scherspannung und

wird dann zur Schaffung einer geeigneten Vergleichs- dem Winkel zwischen der Faserrichtung und dem

basis als Y"-Achse die Verbindungslinie von der Zif- Kraftvektor wurde wissenschaftlich untersucht. Ein

ferblattmitte zur 12 und als .Y-Achse die Verbin- entsprechendes Diagramm findet sich beispielsweise

dungslinie der Mitte mit der 3 festgelegt. Unter die- im Lehrbuch von F. Kollmann »Technologie des

ser Voraussetzung ist es sehr vorteilhaft, wenn man 30 Holzes und Holzwerkstoffes«, München 1951. Daraus

die Zuführrinne so anordnet, daß ihre Projektion ist ersichtlich, daß zum Zerspanen bzw. Abscheren

auf die Schneidebene parallel zur Y-Achse verläuft eines quaderförmigen Holzteiles eine beträchtlich

und das Stammende in der Nähe der 1 des Ziffer- größere Kraft erforderlich ist, wenn diese parallel

blatts auftrifft. Dies ist auch in der Zeichnung ver- zur Faserrichtung und nicht senkrecht hierzu angreift,

deutlicht. 35 Die bei der Zerspanung auftretenden Kräfte bewir-

In der Zeichnung ist schematisch eine Messer- ken eine Verdichtung oder Quetschung des Holzes,

scheibe und deren Zuordnung zum zu zerspanenden was eine geringere Qualität des erzeugten Holzvlies

Stammende dargestellt. zur Folge hat, wenn die Quetschung über einen ge-

Die Messerscheibe besitzt beim gezeigten Ausfüh- wissen Mindestbetrag hinaus geht. Dies ist besonders

rungsbeispiel acht radial angeordnete Messer 1, von 40 im Fall von Sulfit-Holzschliff der Fall, und dies wirkt

denen lediglich drei zu sehen sind. In Übereinstim- sich auch in den Stärkeeigenschaften des HoIz-

mung mit der gebräuchlichen Praxis wird die Lage Schliffs aus. Dieser Mindestbetrag ist zu etwa 1⁰O

der Schnittoberfläche des zu zerkleinernden Stam- Verformung festgestellt worden von K. C. Logan,

mes in der Schneidebene durch die Stundenzahl einer O. J. K. S e ρ a 11, J. L. C h ο 11 e t und T. B. L i 111 e

TJhr angegeben. Zu diesem Zwecke sind in der Zeich- 45 (Pulp Paper Mag. Can. 61 [I960]: 11, T 515). J. E.

nung mit römischen Zahlen die Ziffern 3, 6, 9 und Stone und L. S. Nickersson haben gezeigt (Pulp

12 des Zifferblattes eingezeichnet. Der Stamm trifft Paper Mag. Can. 59 [1958]: 6, 165), daß der Stärke-

beim Erfindungsgegenständ etwa bei der »1« des verlust des Sulfit-Holzschliffs größer ist, wenn die glei-

Zifferblattes auf der Messerscheibe auf, wobei unter- ehe Kraft parallel der Faserrichtung ist als bei senk-

stellt ist, daß sich diese im Uhrzeigersinn dreht. Die 50 recht zur Faserrichtung verlaufender Kraft. Zusam-

nicht gezeigte Zufuhrrinne ist zur Schneidebene ge- mengefaßt läßt sich sagen, daß eine Verformung von

neigt angeordnet, wobei ihre Längsachse parallel zur etwa I⁰Zo des Holzes möglich ist, ohne einen schäd-

7-Achse verläuft. Letztere ist in üblicher Weise liehen Verlust der Stärkeeigenschaften des HoIz-

durch die Verbindung des Scheibenmittelpunkts mit Schliffs zu erhalten. Bei weiterer Verformung wird

der »XII« des Zifferblattes definiert. Dieser Winkel 55 der Schaden aber beachtlicher. Die Kraftanwendung

der Zuführrinne mit der Schneidebene sollte an sich senkrecht zur Faserrichtung ist erheblich weniger

so klein als möglich, also etwa 0° sein. Aus ver- schädlich als parallel der Faserrichtung,

schiedenen Überlegungen heraus ist der Winkel 0^c Um die erforderliche Zuführung oder Förderung

selbst jedoch nachteilig. Eine praktische untere des Holzklotzes in seiner Führung in Richtung auf

Grenze liegt bei etwa 10°. Besonders bevorzugt ist 60 die Messerscheibe zu erhalten, ist eine genügend

indessen ein Winkel von 20° bis höchstens 45°. Die große Kraftkomponente erforderlich, die parallel

Schnittoberfläche des Stammendes ist idealisiert mit der Klotzachse, d. h. in der Faserrichtung, wirksam

einer schraffierten Ellipse dargestellt und durch die ist.

Bezugsziffer 2 gekennzeichnet. Die Projektion der Bei der vorliegenden Erfindung wird eine in der

Zuführrinne auf die Schneidebene ist durch den 65 Schneidebene liegende, von dem Messer ausgehende

Pfeil 4 versinnbildlicht. Mit einer gestrichelten Linie Komponente der Hauptschnittkraft in solcher Rich-

ist eine mittlere Lage des gerade schneidenden Mes- tung angewendet, daß die Komponente senkrecht

sers verdeutlicht. Der Winkel zwischen diesem Mes- zur Faserrichtung die Komponente parallel zur Fa-

serrichtung überschreitet, wobei aber gleichzeitig die parallel der Faserrichtung wirksame Komponente genügend groß ist, um die erforderliche Zuführung des Stammes in Richtung auf die Messerscheibe zu gewährleisten.

Beim Ausführungsbeispiel ist der Kraftvektor im wesentlichen senkrecht zur Faserrichtung wirksam, wobei im Vergleich zu einem im wesentlichen parallel zur Faserrichtung verlaufenden Hauptschnittkraftvektor zwei Vorteile erreicht werden, nämlich eine geringere Zerspanungskraft mit geringerer Quetschung des Holzes und demzufolge ein geringerer Stärkeverlust des Holzschliffs. Das alles ist wie gesagt nicht der Fall, wenn die gleiche Kraft parallel der Faserrichtung wirkt. Gleichzeitig aber ergibt sich bei der erfindungsgemäßen und dargestellten Anordnung noch eine genügende, parallel zur Faserrichtung wirkende Kraft, die den notwendigen Vorschub des Stammes gewährleistet. Es sei nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Zuführrinne parallel zur Y-Achse verläuft, also keine Seitenneigung aufweist. Wäre eine solche Seitenneigung vorhanden, so ändern sich selbstverständlich die geschilderten Verhältnisse.

Die Schneidewinkel der Messer und ihre Befesti- t$ gung sind für die vorliegende. Erfindung nicht von besonderer Bedeutung. Sie können in üblicher Weise gewählt werden. Es ist jedoch zweckmäßig,. den Schneidwinkel der Messer möglichst klein zu halten, wobei aus Gründen der Festigkeit ein Winkel von etwa 30 bis 36° empfehlenswert ist. Des weiteren ist wie üblich auf einen genügend großen Freiwinkel zu achten.

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 Lignin-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 Zellulose und im letzteren Fall kann die Kochzeit merkjich verkürzt werden.

Die Erfindung sei schließlich noch durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.

B e i s ρ i e 1 1

Bei einer Versuchsanlage zum Zerspanen ist eine Messerscheibe mit einem Durchmesser von 1,4 m verwendet worden. .

Die Zuführung befindet sich in einer senkrechten Ebene, die auf der senkrecht liegenden Schneidscheibe senkrecht steht, d. h. bei der Stammführung ist kein Seitenwinkel vorhanden. Die Führungsmündung bzw. das Stammende war in Übereinstimmung mit der Zeichnung angeordnet. Der Winkel zwischen den Projektionen des Hauptkraftvektors und der Stammachse betrug 110°. Der Winkel zwischen der Zuführrinne und der Schneidscheibe war veränderlich und wurde bei diesem Versuch im Bereich von 10 bis 42° verändert. Der Schneidewinkel der Messer betrug 30°, und durch die gewählte Befestigung war für einen zufriedenstellenden Freiwinkel für den Durchgang der Späne gesorgt. Die Drehzahl der Messerscheibe betrug 520 Umdrehungen pro Minute und die gewünschte Spanlänge war 25 mm.

Bei jedem Versuch wurde ein Klotz aus Fichte verwendet, welcher aus einem gewöhnlichen Klotz durch Spaltung in der Längsrichtung hergestellt war. Die übrig bleibenden Teile des ursprünglichen Klotzes wurden zur Handherstellung von Vergleichsspänen benutzt. Es wurden vier Versuche gemacht, und die sich ergebenden 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 obenerwähnten Spänen wurden Laboratoriumsversuche zum Vergleich gemacht, und die Stärkeresultate beider Spanarten wurden rechnerisch in Prozente, umgerechnet. .0% bedeutet das Fehlen von Quetschverlusten und infolgedessen keine durch das Zerspanen bedingten Stärkeverluste entsprechend der bestmöglichen Spanqualität. Die unten angegebene Tafel I zeigt die Spanabmessungen und die Tafel II gibt die auf der Quetschung beruhenden Stärkeverluste an.

Tafel I

Winkel der Zufüh	Frei winkel	Span länge	Span dicke	Tafel II	Winkel der Zuführung	Verhältnis derllänge zur Dicke
rung		mm ■	mm .			des Spans
10	7,2	27	2,28		11,8
18	12,8	27	2,60		8,1 ·
30	21,0	—	—
42	28,6	. —	—	10	—
		18
		30	Stärkeverlust bei
42	ungebleichter Sulfit-Zellulose
1,6
3,8
5,5
7,9

Ubliche, maschinell hergestellte Späne haben ein Länge- zu Dicke-Verhältnis von 5 bis 7. Die erfindungsgemäß hergestellten Späne haben ein höheres Länge- zu Dicke-Verhältnis, wenn der Zuführungswinkel unter 20° liegt, was erfindungsgemäß bevorzugt ist. Gewöhnliche, maschinell hergestellte Späne besitzen in der ungebleichten Zellulose einen umgerechneten Stärkeverlust von annähernd 15%. Die erfindungsgemäß hergestellten Späne sind besser, d. h. bei ihnen tritt ein kleinerer Stärkeverlust ein, und diese Wirkung nimmt mit der Verringerung des Zuführungswinkels zu. Es ist noch zu bemerken, daß die genannte Wirkung beträchtlich ist, wenn man einen Zuführungswinkel bis etwa 30° verwendet.

Beispiel2

In üblicher vorbekannter Weise hergestellte Späne und in der Versuchsanlage nach Beispiel 1 unter Benutzung eines Zuführungswinkels von 18° hergestellte Späne wurden in einem Laboratoriumsapparat in Sulfatlauge gekocht.

70 g getrocknetes Holz wurden gewogen und zusammen mit Sulfatlauge in eine Autoklaven-Röhre

gebracht, wobei das Verhältnis von Flüssigkeit zu Holz 4 zu 1 war. Der Betrag an Chemikalien war so, daß die gewünschte Roe-Nummer innerhalb einer Kochperiode von 2 Stunden erreicht wurde und daß die Sulfidität 25°/o war. Die Kochflüssigkeit wurde auf 70° vorerhitzt, worauf eine Temperaturerhöhung bis zur gewünschten Temperaturspitze erfolgte, bei einer Erhöhung von 1°C pro Minute. Die Kochperiode bei der Spitzentemperatur betrug 2 Stunden. Nach der Unterbrechung des Kochens wurde die sich ergebende Zellulose in heißem Wasser gewaschen und dann mit einem Wasserstrahldefibrator gesiebt unter Verwendung eines Wasserdruckes von 1,5 Atmosphären. Die Sieblöcher hatten einen Durchmesser von 2 Millimeter. Der "Sürch das Sieb zurückgehaltene Zellstoff wird als Knollen bezeichnet und gesondert bestimmt. Die Roe-Nummer und die Ausbeute an Zellulose wurden bestimmt. Die erreichte Roe-Nummer und die Höchsttemperatur, bei welcher höchstens 1% Knollen auftrat, wurden

bestimmt. Dabei ergaben sich die folgenden Resultate.

Tafel III

Span-Art	Erreichbare Roe-Nr. bei 170° C	Maximale Spitzen temperatur 0C
Vorbekannte Erfindungsgemäße	6,8 9,1	168 190

Aus dieser Tafel ist ersichtlich, daß es mit den erfindungsgemäß hergestellten Spänen möglich ist, eine Zellulose mit höherer Roe-Nummer herzustellen und eine höhere Spitzentemperatur zu benutzen, ohne daß dabei der Betrag an Knollen ansteigt. In der Praxis besagt das, daß infolge der Qualität der erfindungsgemäß hergestellten Späne beim Sulfat-Kochen ein gleichmäßigerer Lignin-Auszug erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 534/140

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hackmaschine mit rotierenden Schneidmessern zur Herstellung von Holzschnitzeln mit geneigt zur Messerebene angeordneter Zuführrinne, wobei die Projektion der Zuführrinne auf die Messerebene mit der jeweils vorbeilaufenden Messerschneide einen Winkel bildet, dadurch gekenzeichnet, daß der Winkel größer als 0° und kleiner als 45° ist.