DE19902873A1 - Spanerwerkzeug - Google Patents

Abstract

Ein Spanerwerkzeug (10) dient zum Zerspanen von Holz, insbesondere zum Erzeugen von dreidimensional definierten Spänen (Strands). Das Spanerwerkzeug (10) umfaßt eine um eine Achse (15) drehbaren Scheibenkörper (12). Das Spanerwerkzeug (10) umfaßt ferner eine Vielzahl von über einen Umfang (16) des Scheibenkörpers (12) verteilten Zerspanermessern (20). Die Zerspanermesser (20) stehen frei über den Umfang (16) vor (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Spanerwerkzeug zum Zerspanen von Holz mit einem um eine Achse drehbaren Scheibenkörper und mit einer Vielzahl von über einen Umfang des Scheibenkörpers ver­ teilten Zerspanermessern.

Ein Spanerwerkzeug der vorstehend genannten Art ist aus der DE 20 31 635 A bekannt.

Spanerwerkzeuge zum Zerspanen von Holz sind in unterschiedli­ chen Bauarten und für unterschiedliche Einsatzfälle bekannt. Die Spanerwerkzeuge können eingesetzt werden, um Baumstämme seitlich anzuflachen, d. h. um die im Randbereich der Baumstämme vorhandenen Rindenbereiche (die sogenannte "Waldkante") zu ent­ fernen und um dem Baumstamm damit eine geometrisch definierte Kontur zu verleihen. Spanerwerkzeuge werden auch eingesetzt, um aus Baumstämmen gesägte Bretter, die seitlich noch eine Wald­ kante aufweisen, von dieser Waldkante zu befreien. Derartige Werkzeuge werden auch als "Besäumzerspaner" bezeichnet. Weiter­ hin werden Spanerwerkzeuge eingesetzt, um Baumstämme für eine nachfolgende Zerlegung in Bretter, Bohlen und dergleichen zu profilieren. Zu diesem Zweck werden die Spanerwerkzeuge (Profilierwerkzeuge) eingesetzt, um die Baumstämme in Längs­ richtung mit einer durchlaufenden Ecke zu versehen, die an­ schließend als Bezugsebene für abzutrennende Seitenbretter dient.

Aus der DE 195 04 030 C1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Strands bekannt. Hierunter versteht man Holzspäne, die dreidimensional definiert sind und z. B. eine Breite von 15 bis 30 mm, eine Dicke von 0,8 bis 3 mm und eine Länge von 180 bis 300 mm aufweisen, wobei diese Werte nur beispielhaft zu verste­ hen sind. Strands werden für die Herstellung von hochbelastba­ ren Kompositbauelementen verwendet, beispielsweise für die Her­ stellung von Platten, Brettern und Balken. Für die Herstellung dieser Bauelemente werden die Strands miteinander verleimt, wo­ bei deren dreidimensional definierte Gestalt beim Streuen eine besonders gute Ausrichtung der Strands gestattet.

Bei der bekannten Vorrichtung werden die Strands nicht durch vollständiges Zerspanen von Baumstämmen oder Ästen erzeugt (wie dies ebenfalls bekannt ist), sondern vielmehr beim Abspanen bzw. Zerspanen von Seitenbereichen und Eckenbereichen eines Baumstammes in einer Profilieranlage, wobei die im Zentrum ver­ bleibende Hauptware eine beliebige Dimension annehmen und auch verhältnismäßig klein sein kann.

Das Herstellen von Strands ist ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung, die jedoch auf diesen Anwendungs­ bereich nicht beschränkt ist.

Bei herkömmlichen Spanerwerkzeugen der vorstehend genannten Art, beispielsweise bei dem Spanerwerkzeug gemäß der eingangs genannten DE 20 31 635, wird als Träger für die Zerspanermesser ein Scheibenkörper verwendet, der um eine Mittelachse drehbar ist. Der Scheibenkörper ist bei diesem bekannten Spanerwerkzeug eine ebene Scheibe, es sind jedoch auch Spanerwerkzeuge be­ kannt, bei denen die Spaneroberfläche konisch ausgebildet ist. Der Scheibenkörper ist durchgehend ausgestaltet, es sind aber auch Scheibenkörper bekannt, die für den Durchtritt von Spänen mit Durchbrüchen versehen sind.

Auf der Schneidseite des Scheibenkörpers ist im axialen Abstand eine Vielzahl von im wesentlichen radial gerichteten Zerspaner­ messern angeordnet, derart, daß die Schneiden von Klingen der Zerspanermesser im wesentlichen in radialer Richtung verlaufen. Die Zerspanermesser sind dabei auf radial durchgehenden Befe­ stigungskörpern im axialen Abstand von der Spanerscheibe gehal­ ten. In Förderrichtung des Holzes gesehen befindet sich jeweils kurz vor jeder Klinge bzw. jeder Schneide ein Widerlager, das auch als "Gegenmesser" bezeichnet wird. Der von der Schneide abgetrennte Span tritt daher in Umfangs-Förderrichtung in den Zwischenraum zwischen der Schneide und dem Gegenmesser ein und wird dabei zusätzlich vom zerspanten Holz weg und damit im we­ sentlichen in axialer Richtung abgebogen. Da sich in Umfangs­ richtung, also in Förderrichtung des Spans, der Befestigungs­ körper der Schneide und ferner in axialer Richtung unterhalb des erwähnten Spaltes der Scheibenkörper befindet, liegen zwi­ schen Schneiden und Gegenmessern radial gerichtete Kanäle, de­ ren Längsseiten durch die Befestigungskörper und deren Unter­ seite durch den Scheibenkörper gebildet werden. Da sich die Spanerwerkzeuge mit hoher Drehzahl drehen, reicht üblicherweise die Zentrifugalkraft aus, um die abgetrennten Späne durch diese radialen Kanäle nach außen zu befördern. Wenn jedoch die Späne länger werden und man darüber hinaus an einer möglichst präzi­ sen, dreidimensionalen Form des Spanes interessiert ist, können Nachteile dann auftreten, wenn der abgetrennte lange Span mit seinem vorderen Ende zunächst auf den Befestigungskörper auf­ trifft, dort umgebogen wird, dann durch den Kanal hindurch­ läuft, und schließlich auf den gegenüberliegenden Körper der Spanerscheibe auftrifft, wo der Span ein weiteres Mal umgebogen wird. Dabei besteht ein hohes Risiko, daß der Span infolge des mehrmaligen Umbiegens beschädigt wird. Es ist auch nicht auszu­ schließen, daß sich insbesondere längere Späne nach Art eines Drehspans in dem radial gerichteten Kanal verklemmen, so daß die auftretenden Fliehkräfte nicht mehr ausreichen, diese Späne aus dem Spanerwerkzeug herauszufördern. Dies führt dann zu ei­ nem Verstopfen der genannten Kanäle und infolge des eintreten­ den Staus zu Beschädigungen am Holz, möglicherweise am Spaner­ werkzeug, jedenfalls jedoch an den erzeugten Spänen, die dann undefiniert brechen oder verformt werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Spa­ nerwerkzeug der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubil­ den, daß diese Probleme vermieden werden. Insbesondere soll es möglich werden, Strands, d. h. sehr lange Späne mit dreidimen­ sional definierter Formgebung, zu erzeugen, ohne daß die ge­ schilderten Nachteile auftreten.

Bei einem Spanerwerkzeug der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zerspanermesser frei über den Umfang vorstehen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Wei­ se vollkommen gelöst.

Wenn nämlich die Zerspanermesser nach Art von Turbinenschaufeln frei vom Scheibenkörper abstehen, so wird den abgetrennten Spä­ nen praktisch überhaupt kein Widerstand entgegengesetzt, weil die dabei vorhandene Störkontur zur größtmöglichen Freiheit in der Bewegungsbahn der Späne führt. Es können auf diese Weise Späne von praktisch beliebiger Länge erzeugt werden, weil die Späne nach dem Durchtritt zwischen Schneide und Gegenmesser auf keinerlei Hindernisse mehr auftreffen.

Bei bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Spaner­ werkzeuges kann dieses in an sich bekannter Weise im wesentli­ chen zur Achse konisch oder auch eben ausgebildet sein.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn in gleichfalls bekannter Weise der Umfang des Scheibenkörpers spiralförmig ausgebildet ist, insbesondere mehrgängig spiralförmig, weiter bevorzugt zwei­ gängig spiralförmig.

Diese an sich bekannten Maßnahmen haben den Vorteil, daß auf an sich bekannte Bauformen mit den dabei inhärenten Vorteilen zu­ rückgegriffen werden kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Gruppe von Ausführungsbeispielen sind am Umfang des Scheibenkörpers Taschen zur lösbaren Aufnah­ me der Zerspanermesser vorgesehen.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß einerseits eine zuverlässi­ ge Befestigung der Zerspanermesser möglich ist, andererseits können die Zerspanermesser bei Bedarf auch einzeln ausgetauscht werden, sei es, daß ein Zerspanermesser nicht mehr funktions­ fähig ist oder turnusmäßig nachgeschliffen werden muß.

Bei weiterhin bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zerspanermesser auf einer Oberseite mit einer Schneide versehen sind und daß eine Unterseite konkav ausgebildet ist. Weiter bevorzugt ist dabei, wenn die konkave Unterseite einen Krümmungsradius aufweist, der größer ist als der Krümmungsradius eines mittels der Schneide abgetrennten Spanes.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß innerhalb der konstruktiven Möglichkeiten bei der Gestaltung der frei ausragenden Zerspa­ nermesser derjenige Bereich der Zerspanermesser von seiner Formgebung her optimiert wird, der als erstes im Bereich der Bewegungsbahn des abgespalteten Spanes angeordnet ist. Wenn man in der beschriebenen Weise die Unterseite konkav ausbildet, so ist damit weiterer Bewegungsraum für den abgetrennten Span vor­ handen. Wenn der Krümmungsradius in der ebenfalls beschriebenen Weise größer ist als der Krümmungsradius des abgetrennten Spa­ nes, so kann es überhaupt nicht mehr zu einer behindernden Be­ rührung zwischen Span und Zerspanermesser nach dem Verlassen der Schneide kommen.

Weiterhin ist bei dem erfindungsgemäßen Spanerwerkzeug bevor­ zugt, wenn die Zerspanermesser in an sich bekannter Weise in Umfangsrichtung axial gestuft angeordnet sind.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die über den Umfang ver­ teilten Zerspanermesser nacheinander mit definiertem axialem Abstand in das Holz eingreifen, so daß auf diese Weise eine de­ finierte Formgebung (Dicke) in dieser Koordinatenrichtung mög­ lich ist.

Schließlich sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung be­ vorzugt, bei denen die Zerspanermesser an ihren freien Enden durch ein Versteifungselement miteinander verbunden sind, wobei dieses Versteifungselement vorzugsweise im wesentlichen ring­ förmig ausgebildet ist.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die mechanische Biege­ belastung auf die frei auskragenden Zerspanermesser vermindert wird, wenn diese an ihrem Umfang gefaßt werden, ohne daß dabei der Bewegungsraum für die abgetrennten Späne behindert wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der bei­ gefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht, teilweise geschnitten, auf einen Scheibenkörper, wie er bei einem erfindungsgemäßen Spanerwerkzeug verwendet wird;

Fig. 2 in stark vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt aus Fig. 1;

Fig. 3 ein Spanerwerkzeug nach dem Stand der Technik;

Fig. 4 eine Darstellung, ähnlich Fig. 3, zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Spanerwerkzeugs.

In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt eine Spanerscheibe mit einem Scheibenkörper 12, der eine zentrale Befestigungsöffnung 14 aufweist. Die weiteren Befestigungselemente, insbesondere Ge­ windebohrungen für Befestigungsschrauben und dergleichen, sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Es versteht sich, daß durch die Befestigungsöffnung 14 eine Welle eines An­ triebsmotors reicht, der die Spanerscheibe 10 mit vorgegebener Drehzahl und vorgegebenem Drehmoment antreiben kann. Die Dreh­ achse ist dabei mit 15 bezeichnet.

Der Scheibenkörper 12 ist in zwei rotationssymmetrische Um­ fangsbereiche unterteilt, die jeweils einen spiralförmigen Um­ fang 16 aufweisen. Die Spiralen können z. B. als archimedische Spiralen ausgebildet sein.

In die Umfänge 16 sind an der Peripherie in die Oberfläche des Scheibenkörpers 12 jeweils Taschen 18 eingelassen.

Wenn die Spanerscheibe 10 in einem praktischen Ausführungs­ beispiel einen äußeren Durchmesser D von z. B. 1.430 mm und einen inneren Durchmesser d von z. B. 750 mm aufweist, wobei diese Zahlen lediglich beispielhaft zu verstehen sind, so kön­ nen an beiden Umfängen 16 z. B. jeweils fünfundzwanzig Taschen 18 angeordnet sein.

Es versteht sich, daß statt zweier Umfangsbereiche auch deren drei oder vier oder auch nur einer vorgesehen sein können. Auch die Zahl der Taschen 18 kann in weiten Bereichen frei gewählt werden.

In jeder der Taschen 18 ist ein Zerspanermesser 20 befestigt, beispielsweise mittels zweier Befestigungsschrauben. Die Zer­ spanermesser 20 stehen frei über den Umfang 16 des Scheiben­ körpers 12 vor. Der radiale Vorstand ist in Fig. 1 mit 1 be­ zeichnet. Bei dem weiter oben zahlenmäßig näher definierten Ausführungsbeispiel kann der Vorstand 1 z. B. 250 mm betragen.

Es ist in Fig. 1 ferner angedeutet, daß die Zerspanermesser 20 im Bedarfsfall an ihrem Umfang mit einem Versteifungselement 21 verbunden sein können, das vorzugsweise ringförmig ausgebildet ist und die Zerspanermesser 20 an ihrem Umfang faßt.

Mit einem Pfeil 22 ist die Drehrichtung der Spanerscheibe 10 gezeigt.

In Fig. 2 ist in stark vergrößertem Maßstab gezeigt, daß jedes Zerspanermesser 20 einen Befestigungsflansch 30 umfaßt, der vorzugsweise formschlüssig 30 in einer Tasche 18 liegt. Zur Be­ festigung des Zerspanermessers 20 wird der Befestigungsflansch 30 mittels Schrauben 32 in der Tasche 18 fixiert.

Vom Befestigungsflansch 30 kragt frei ein Klingenträger 34 aus, der z. B. an seiner Oberseite mit einer Klinge 36 versehen ist. Die Klinge 36 hat in Schneidrichtung (Pfeil 22) eine Schneide 38.

Es versteht sich dabei, daß Klingenträger 34 und Klinge 36 auch einstückig sein können, bevorzugt ist jedoch eine Anordnung, bei der die Klingen 36 als separate und damit austauschbare Elemente ausgebildet sind.

Um die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Werkzeugs zu veran­ schaulichen, zeigt Fig. 3 zunächst eine Anordnung nach dem Stand der Technik, z. B. nach der bereits eingangs erwähnten DE 20 31 635.

Bei diesem bekannten Spanerwerkzeug ist eine Spanerscheibe 50 mit einem kreisförmigen Scheibenkörper 52 vorgesehen. Der Scheibenkörper 52 ist um eine Achse (nicht dargestellt) drehbar angeordnet. Von der Oberseite des Scheibenkörpers 52 stehen Be­ festigungskörper 54 ab, die sich in radialer Richtung erstrec­ ken. Auf der schrägen Oberseite der Befestigungskörper 54 sind Klingenträger 56 verschraubt, die wiederum an ihrer Oberseite mit Klingen 58 versehen sind. An einem Rand sind die Klingen 58 mit Schneiden 60 versehen. Die Schneiden 60 verlaufen ebenfalls in im wesentlichen radialer Richtung zur Spanerscheibe 50.

Wenn nun ein Holz 66 über die Spanerscheibe 50 geführt wird, so wird mittels der Schneide 60 ein Span 68 abgetrennt. Der Span 68 wird beim Abtrennen abgebogen und läuft in einen Raum 70, der sich als radialer Kanal zwischen zwei nebeneinander liegen­ den Befestigungskörpern 54 auf dem Scheibenkörper 52 befindet. Die dabei wirksame Störkontur 72 ist in Fig. 3 schraffiert an­ gelegt. Man erkennt, daß der abgebogene Span 68 sich in Förder- Umfangsrichtung und in axialer Richtung (d. h. in Fig. 3 nach rechts bzw. nach unten) nur über eine sehr beschränkte Strecke frei bewegen kann. Der Span 68 wird daher, wie in Fig. 3 ange­ deutet, zunächst in Umfangsrichtung (nach rechts) auf den je­ weils nächsten äußeren Befestigungskörper 54 auftreffen und dort in axialer Richtung (nach unten) umgebogen. Er trifft dann auf den Scheibenkörper 52 und wird dort ein weiteres mal umge­ bogen, nämlich in radialer Richtung, d. h. senkrecht zur Zei­ chenebene, wie mit Pfeilen 74 und 76 angedeutet, um dann unter Fliehkrafteinfluß aus dem Kanal zwischen den beiden benachbar­ ten Befestigungskörpern 54 ausgestoßen zu werden. Der Span 68 gerät dabei mehrfach in Berührung mit Bereichen der Störkontur 72 und wird dabei deformiert, wenn nicht gar beschädigt.

Fig. 4 zeigt demgegenüber die Verhältnisse beim erfindungs­ gemäßen Spanerwerkzeug.

Wenn dabei ein Holz 66' über die Spanerscheibe 10 geführt wird, wird ein Span 68' mittels der Schneide 38 abgetrennt. Der Span 68' tritt in den Zwischenraum zwischen der Schneide 38 und dem in Schneidrichtung davor liegenden Klingenträger 34 ein, der in diesem Fall als Gegenmesser wirkt. Der Raum 70' unterhalb die­ ses Spaltes ist jedoch nach unten vollkommen frei, weil die Klingenträger 34 frei auskragen, wie bereits erläutert. Der Span 68' kann sich also frei nach unten ausbreiten, ohne durch eine Störkontur behindert zu werden. Die in Fig. 4 ebenfalls schraffiert angelegte Störkontur 72' liegt nämlich außerhalb der Bewegungsbahn des Spanes 68'. Zu diesem Zweck ist die Un­ terseite des Klingenträgers 34 konvex ausgebildet, wobei der Krümmungsradius R dieses konvexen Bereiches größer ist als der Krümmungsradius r, der natürlicherweise beim Abtrennen des Spa­ nes 68' gebildet wird.

Aus Fig. 4 ist schließlich noch zu erkennen, daß die in Um­ fangsrichtung, d. h. in Schneidrichtung, aufeinanderfolgenden Klingenträger 34 in axialer Richtung gestuft sind, wie mit z in Fig. 4 angedeutet.

Claims (12)

1. Spanerwerkzeug zum Zerspanen von Holz mit einem um eine Achse (15) drehbaren Scheibenkörper (12; 52) und mit einer Vielzahl von über einen Umfang (16) des Scheibenkörpers (12; 52) verteilten Zerspanermessern (20), dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zerspanermesser (20) frei über den Um­ fang (16) vorstehen.

2. Spanerwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenkörper (12) im wesentlichen zur Achse (15) konisch ausgebildet ist.

3. Spanerwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenkörper (12) im wesentlichen zur Achse (15) eben ausgebildet ist.

4. Spanerwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang (16) spiral­ förmig ausgebildet ist.

5. Spanerwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang (16) mehrgängig spiralförmig ausgebildet ist.

6. Spanerwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang zweigängig spiralförmig ausgebildet ist.

7. Spanerwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang (16) Taschen (18) zur lösbaren Aufnahme der Zerspanermesser (20) vorge­ sehen sind.

8. Spanerwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerspanermesser (20) auf einer Oberseite mit einer Schneide (38) versehen sind, und daß eine Unterseite konkav ausgebildet ist.

9. Spanerwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Unterseite einen Krümmungsradius (R) auf­ weist, der größer ist als der Krümmungsradius (r) eines mittels der Schneide (38) abgetrennten Spanes (68).

10. Spanerwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerspanermesser (20) in Umfangsrichtung axial gestuft (z) angeordnet sind.

11. Spanerwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerspanermesser (20) an ihren freien Enden durch ein Versteifungselement (21) miteinander verbunden sind.

12. Spanerwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement (21) im wesentlichen ring­ förmig ausgebildet ist.