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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Spalten von Holz.
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Holzspalteinrichtungen
zum Aufspalten von Holzblöcken
und Stammabschnitten längs
der Faser sind bekannt. Zur Vermeidung von körperlich schwerer Handarbeit
sind sie heute meist hydraulisch betätigt und beispielsweise als
Anbaugeräte
für Traktoren oder,
wie die
DE 10
2004 009 099 A1 offenbart, als Fahrzeuganhänger verfügbar. Solche
Holzspalteinrichtungen weisen ein Lager zur Aufnahme des zu spaltenden
Holzstücks
und einen Hydraulikzylinder auf, der einen stirnseitig an das Holzstück angesetzten
Keil längs
der Faser durch dieses treibt.
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Außerdem ist
es bekannt, Holz mittels Schlagwerkzeugen zu spalten. Dazu offenbart
z.B. die
DE 691 01
195 T2 eine Spaltaxt mit beweglich gelagerten Hebeln. Die
Hebel sind auf einem Bolzen aufgenommen und definieren eine gemeinsame Schneidkante.
Jeder Hebel ist auf dem Bolzen drehbar gelagert und weist an seinem
oberen Ende ein Gewicht auf, das beim Auftreffen der Spaltaxt auf
das Holz eine Verdrehung des betreffenden Hebels bewirkt. Es kommt
somit zu einer Spreizbewegung der schneidkantenseitigen Enden der
beiden Hebel voneinander weg, so dass das Spalten des Holzes unterstützt wird.
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Des
Weiteren zeigt die
US 4 372 360 eine Spaltaxt,
deren Körper
einen federnd gelagerten Aufsatz trägt. Dieser Aufsatz ist an seiner
Unterseite mit einer Schneidkante versehen.
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Zwischen
dem Grundkörper
und dem Aufsatz ist eine Druckfeder gespannt, die beim Aufschlag
der Schneidkante auf das Holz komprimiert wird. Der Aufsatz trägt zwei
Spreizelemente, deren Stirnseiten an die Flanken des Aufsatzes anschließen. Die
Spreizelemente werden durch Federn in ihren Ruhepositionen gehalten.
Sie werden jedoch zwangsläufig
geschwenkt, wenn der Aufsatz gegen die Kraft der Vorspannfeder gegen
den Grundkörper gedrückt wird.
Die Spreizelemente können
dabei die Hälften
eines Holzblocks voneinander weg drücken und diesen spalten.
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Dieser
Vorgang ist davon abhängig,
dass die Kompression der Vorspannfeder gerade dann den erforderlichen
Wert erreicht hat, wenn die Spaltaxt so weit in das Holz eingedrungen
ist, dass die Spreizelemente mit ihren Stirnseiten an dem zu spaltenden Holz
ansetzen. Dieser Vorgang ist von der Art des verwendeten Holzes,
seiner Festigkeit, seiner Zähigkeit
und seiner Bruchfreudigkeit abhängig.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Holzspalteinrichtung
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird mit der Holzspalteinrichtung nach Anspruch 1 gelöst:
Die
erfindungsgemäße Holzspalteinrichtung
weist einen Grundkörper
auf, der mit einer Antriebseinrichtung starr verbunden ist und eine
Stirnkante sowie sich daran anschließende Keilflächen aufweist.
Mit anderen Worten, die Stirnkante der Holzspalteinrichtung bewegt
sich ungefedert, wie von der Antriebseinrichtung vorgegeben, durch
das Holz.
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Die
Holzspalteinrichtung weist wenigstens ein, vorzugsweise aber zwei
oder mehrere Spreizelemente auf, die an dem Grundkörper beweglich
angeordnet sind, wobei die Stirnflächen der Spreizelemente im
Ruhezustand an Keilflächen
des Grundkörpers
positioniert sind. Vorzugsweise sind sie an Keilflächen die
von der Schneidkante beabstandet sind. Die Spreizelemente werden
allein von dem zu spaltenden Holz betätigt. Ist der keilförmige Grundkörper z.B.
mit einem ersten, schmalen Keil so weit in das Holz vorgedrungen,
dass die Stirnflächen
der Spreizelemente auf dem zu spaltenden Holz aufsetzen, hat der
Keil bereits einen vorauseilenden Riss in dem Holz erzeugt. Eine
führt fortgesetzte
Relativbewegung zwischen dem Holz und dem Grundkörper führt nun zu einer Spreizbewegung
der Spreizelemente und somit zum vollständigen Aufspalten des Holzstücks, Stammabschnitts
usw.
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Vorzugsweise
sind die Spreizelemente nicht separat angetrieben. Sie werden vielmehr
von dem zu spaltenden Holz selbst aus ihrer Ruhelage herausgedrängt. Der
Spaltvorgang ist deshalb nicht von der Eindringkraft sondern nur
von der Eindringtiefe des Spaltkeils abhängig. Damit haben die Eigenschaften
des Holzes d.h. seine Feuchte, seine Härte, seine Sprödigkeit,
seine Zähigkeit
usw. nahezu keinen Einfluss auf den kinematischen Ablauf des Spaltvorgangs.
Die Spaltvorrichtung funktioniert nahezu vollkommen unabhängig von
den Eigenschaften des Holzes.
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Vorzugsweise
weist die Keilfläche
zumindest zwei verschiedene Keilwinkel auf. In unmittelbarem Anschluss
an die Schneidkante ist ein erster schlanker Keil mit einem geringen
Keilwinkel ausgebildet, der eine hohe Spalt- oder Trennkraft erzeugt.
Damit können
die Stirnkante und der schlanke Keil in das Holz eindringen, wobei
in dem Holzstück
ein Riss erzeugt wird. Sobald der Riss vorhanden ist, ist die zum weiteren
Trennen des Holzstücks
erforderliche Kraft geringer. Bevorzugterweise vergrößert sich
deshalb der zwischen beiden Keilflächen eingeschlossene Winkel
in einem gewissen Abstand zu der Stirnkante. Der Grundkörper bildet
hier einen zweiten, steileren Keil: Die Keilflächen sind vorzugsweise ebene
Flächen.
Sie können
aber auch eine Wölbung
aufweisen.
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Vorzugsweise
in dem zweiten Bereich der Keilflächen, die den größeren der
beiden Winkel einschließen,
sind die Stirnflächen
der Spreizelemente angeordnet. Sobald das Holzstück gegen diese Stirnflächen läuft, drückt es die
Spreizelemente auseinander, die ihrerseits wiederum die beiden Teile
des Holzstücks
voneinander weg drücken
und somit das Holzstück
vollends aufspalten.
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Vorzugsweise
sind die Spreizelemente um Schwenkachsen schwenkbar gelagert, die
zu der Stirnkante parallel orientiert und seitlich voneinander beabstandet
sind. Die Spreizelemente sind dabei vorzugsweise frei beweglich,
d.h. z.B. auf ihre jeweilige Keilfläche zu und von dieser weg schwenkbar. Wenn
der Grundkörper
der Holzspalteinrichtung in Betrieb vertikal auf und ab bewegt wird,
können
die Spreizelemente unter der Wirkung der Schwerkraft frei herab
hängen.
Federn oder dergleichen, die die Spreizelemente in Ruheposition
halten würden,
sind nicht erforderlich. Vorteilhafterweise kann auf solche Federn
verzichtet werden.
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Die
Spreizelemente sind vorzugsweise jeweils um etwa 90° beweglich.
In ihrer Ruheposition weisen die länglichen Spreizelemente in
Bewegungsrichtung. In gespreiztem Zustand stehen sie quer zur Bewegungsrichtung.
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Vorzugsweise
ist oberhalb der Spreizelemente noch eine Platte oder ein sonstiges
Element vorgesehen, an dem Spreizflächen ausgebildet sind. Diese
stehen vorzugsweise in einer festen räumlichen Beziehung zu den Keilflächen und
der Stirnkante, wie auch zu den Schwenkachsen der Spreizelemente.
Die Spreizflächen
sind in einem Abstand voneinander angeordnet, der etwa so groß oder etwas größer ist
als der Abstand der Stirnflächen,
der voneinander weg gespreizten Spreizelemente. Damit übernehmen
die Spreizflächen
das Auseinanderdrücken
der beiden Hälften
des zu spaltenden Stammstücks
oder Holzblocks, wenn der Spaltkeil in das Holzstück eintaucht.
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Weitere
Einzelheiten von vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung
ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Unteransprüchen. Die
Beschreibung beschränkt
sich auf wesentliche Elemente und Merkmale der Erfindung sowie sonstiger
Gegebenheiten. Die Zeichnung offenbart weitere Einzelheiten und
ergänzt
die Beschreibung.
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Es
zeigen:
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1 einen
erfindungsgemäßen Spaltkeil, der
zu einer Holzspalteinrichtung gehört, in Perspektivdarstellung
und
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2 bis 5 den
Spaltkeil nach 1 in verschiedenen Phasen beim
Spalten eines Stammstücks
in schematisierter Seitenansicht.
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In 1 ist
ein Spaltkeil 1 veranschaulicht, der zu einer Holzspalteinrichtung
gehört.
Der Spaltkeil 1 ist an einer Antriebseinrichtung befestigt,
mittels derer er in einer vorgegebenen Spaltrichtung, vorzugsweise
vertikal bewegt werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
dient zum Antrieb ein Hydraulikzylinder, dessen Kolbenstange 2 mit
dem Spaltkeil 1 verbunden ist.
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Der
Spaltkeil 1 weist einen Grundkörper 3 auf, der als
Keil ausgebildet ist. An seinem oberen Ende ist er mit einer Platte 4 verbunden,
die ihrerseits mit der Kolbenstange 2 verbunden ist. Die
Platte 4 kann als Teil des Grundkörpers 3 angesehen
werden.
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Der
Grundkörper 3 weist,
wie 1 zeigt, an seinem unteren, der Kolbenstange 4 gegenüberliegendem
Ende eine Stirnkante 5 auf, die gerade (oder auch bogenförmig) ausgebildet
ist. An die Stirnkante 5 schließen sich vorzugsweise ebene
Keilflächen 6, 7 an,
die miteinander einen spitzen Winkel α einschließen. Dieser Winkel liegt. vorzugsweise
zwischen 30° und
40°. Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist er eine Größe von 34° auf. Er
dient zum Erzeugen eines ersten Risses in einem zu spaltenden Stammabschnitt 8.
In einigem Abstand zu der Stirnkante 5 bilden die Seitenflächen des
Grundkörpers 3 vorzugsweise
ebene Keilflächen 9, 10,
die miteinander einen spitzen Winkel β einschließen, der größer ist als der Winkel α. Der Winkel β liegt beispielsweise
zwischen 45° und
55° und
beträgt
vorzugsweise 50°.
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Zwischen
den Keilflächen 6, 9 sowie
auch den Keilflächen 7, 10 sind
vorzugsweise gerundete Übergangsbereiche 11, 12 ausgebildet,
die einen kantenfreien Übergang
zwischen den Keilflächen
jeder Seite bilden. Oberhalb der Keilflächen 9, 10 ist die
Platte 4 angeordnet, die an ihren voneinander weg weisenden
Seiten Spreizflächen 13, 14 aufweist, die
ebenfalls als Keilflächen
angesehen werden können
und miteinander einen Winkel, beispielsweise einen spitzen Winkel
einschließen.
Zwischen der Keilfläche 9 und
der Spreizfläche 13 ist
eine Stufe 15 ausgebildet. Ebenso ist zwischen der Keilfläche 10 und
der Spreizfläche 14 eine
Stufe 16 ausgebildet.
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Der
Grundkörper 3 weist,
wie insbesondere 1 in Verbindung mit 2 zeigt,
an seinen Flanken, d.h. im Bereich der Keilflächen 9, 10,
jeweils Ausnehmungen auf, in denen Spreizelemente 17, 18 angeordnet
sind. 1 veranschaulicht, dass an der Keilfläche 10 zwei
Spreizelemente 18a, 18b vorgesehen sind. Entsprechendes
kann für
die Keilfläche 9 gelten.
Nachfolgende Bezugnahmen auf Spreizelemente 17, 18 gelten
somit allgemein für
jegliche Spreizelemente unabhängig
von deren Anzahl.
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Die
Spreizelemente 17, 18 sind an dem Grundkörper 3 z.B.
mittels Bolzen 19, 20 um Schwenkachsen 21, 22 schwenkbar
gelagert. Die Schwenkachsen 21, 22 sind vorzugsweise
parallel zu der Stirnkante 5 orientiert. Die Schwenkachsen
und die Stirnkante legen ein gleichschenkliges Dreieck fest. Die
Spreizelemente 17, 18 sind kurze Hebel mit einer
zylindrischen Lagerbohrung, die auf dem jeweiligen Bolzen 19, 20 sitzt.
Von diesem entsprechenden Augen- oder Buchsenbereich erstrecken
sich die Spreizelemente 17, 18 fort und enden
an profilierten Stirnflächen 23, 24.
Die Stirnflächen 23, 24 stehen dabei
quer zu den Keilflächen 9, 10.
Die Spreizelemente 17, 18 ragen mit einem Teil
ihrer Stirnfläche 23, 24 aus
ihren Öffnungen
heraus, wobei sie gemäß 2 etwa
vertikal herabhängen.
Der Grundkörper hat
somit drei Keile, einen ersten Keil, gebildet durch die Keilflächen 6, 7,
einen zweiten Keil, gebildet durch die Keilflächen 9, 10,
und einen dritten Keil, gebildet durch die Spreizflächen 13, 14.
An dem zweiten Keil sind zur Schaffung eines Übergangs zu dem dritten Keil,
die Spreizelement 17, 18 angeordnet. Dadurch kann
der dritte Keil eine wesentlich größere Breite als der zweite
Keil aufweisen, ohne dass die Bauhöhe des Grundkörper unerträglich groß würde.
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Die
Stirnflächen 23, 24 sind
profiliert, wie aus 1 am Beispiel der Stirnfläche 24a oder 24b zu
ersehen ist. Die Stirnfläche 24 (d.h. 24a und 24b)
weist einen ebenen Abschnitt 25 und einen ungefähr zylindrisch
gerundeten Abschnitt 26 auf. Zwischen beiden ist eine flache
Rinne 27 ausgebildet, die im Ruhezustand etwa auf einer
Linie mit der Keilfläche 10 liegt. Entsprechendes
gilt für
die Stirnfläche 23 des
Spreizelements 17.
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Die
Spreizelemente 17, 18 sind frei beweglich. Sie
können
aus der in 2 veranschaulichten Position
in eine Position gemäß 5 schwenken. Der
Schwenkwinkel beträgt
dabei insgesamt ungefähr
90°.
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Die
insoweit beschriebene Holzspalteinrichtung arbeitet wie folgt:
Gemäß 2 wird
der Stammabschnitt 8 zunächst unterhalb des Spaltkeils 1 positioniert.
Die Längsachse
des Stammabschnitts 8 ist dabei ungefähr koaxial zu der in 2 durch
einen Pfeil B bezeichneten Bewegungsrichtung des Spaltkeils 1 orientiert.
Es wird nun die Antriebseinrichtung aktiviert, womit die Stirnkante
auf die Stirnfläche
des Stammabschnitts 8 aufgesetzt wird. Die hydraulische
Antriebseinrichtung baut nun eine Kraft auf, die die Stirnkante 5 veranlasst,
in den Stammabschnitt 8 einzudringen. Dieser Vorgang ist
in 3 veranschaulicht. Die Keilflächen 6, 7 erzeugen
in dem Stammabschnitt 8 einen längs verlaufenden Riss 28,
wenn sie in den Stammabschnitt 8 eindringen.
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Die
Bewegung wird fortgesetzt, wobei der Spaltkeil 1 fortwährend tiefer
in den Stammabschnitt 8 eindringt, bis die Stirnflächen 23, 24 der
Spreizelemente 17, 18 auf der Stirnseite des Stammabschnitts 8 aufsetzen.
Die weitere Abwärtsbewegung
des Spaltkeils 1 bewirkt nun, dass die Spreizelemente 17, 18 mit
ihren profilierten Stirnseiten 23, 24 die beiden Stammabschnitthälften 8a, 8b voneinander
weg sprengen. Dabei werden die Stammabschnitthälften 8a, 8b von
den Keilflächen 6, 7 und
von den Keilflächen 9, 10 weg
gedrückt.
Die zu überwindende
Reibung ist im wesentlichen die Lagerreibung der Spreizelemente 17, 18 auf
ihren jeweiligen Bolzen 19, 20. Diese Reibung
ist wesentlich geringer als die sonst zwischen Holz und Stahl auftretende
Reibung beim Spalten von Holzstämmen
mittels Keilen.
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Mit
weiterem Fortschritt der Bewegung wird der Zustand nach 5 erreicht.
Nachdem die Spreizelemente 17, 18 in ihrer aus 5 noch
ersichtlichen Spreizposition gelangt waren, können Sie, wie Pfeile andeuten,
in ihrer Ruheposition zurückschwenken.
Die Stammhälften 8a, 8b liegen
nun an den Spreizflächen 13, 14 an
und werden von diesen weiter auseinander gedrückt bzw. auseinander gehalten.
Wie ersichtlich, sind die Spreizflächen 13, 14 ungefähr in Verlängerung
der Stirnflächen 23, 24 angeordnet,
wenn die Spreizelemente 17, 18 gespreizt sind.
Spätestens
zu diesem Zeitpunkt ist der Stammabschnitt 8 vollständig gespalten.
Sollte dies nicht der Fall sein, bewirkt eine weitere Abwärtsbewegung des
Spaltkeils 1 die Spaltung in jedem Fall.
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Die
vollständige
Trennung des Stammabschnitts 8 in Stammhälften 8a, 8b wird
mit einem kurzen Hub erreicht, der kleiner oder allenfalls wenig größer ist
als die Gesamthöhe
des Spaltkeils 1, die sich zwischen der Schneidkante 5 und
der Oberseite der Platte 4 bemisst. Damit läuft der
Spaltvorgang sehr schnell und mit relativ kurzem Hub des zum Antrieb dienenden
Hydraulikaggregats ab. Dadurch kann die Arbeit beschleunigt bzw.
die Maschinenlaufzeit für
den Hydraulikantrieb gemindert werden. Die Maßnahme führt zur Erhöhung der Produktivität und wenn
das Hydraulikaggregat von einem Traktor angetrieben wird, letztendlich
zur Kraftstoffeinsparung. Versuche haben gezeigt, dass die zum Spalten
von Stammabschnitten erforderliche Einfahrtiefe des Spaltkeils 1 in
das Holz im Vergleich zu konventionellen Keilen drastisch gesenkt
werden kann. Im Durchschnitt wird die erforderliche Eindringtiefe
auf etwa ein Sechstel der üblichen
Tiefe gesenkt.
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Der
neuartige Spaltkeil weist an jeder seiner Flanken ein Spreizelemente 17, 18 beispielsweise
in Form eines schwenkbar gelagerten Flügels auf, der durch die Wechselwirkung
seiner Stirnseite mit der Stirnseite des zu spaltenden Holzes von
dem Spaltkeil weg abgespreizt wird. Dadurch drängt er die beiden vorgespaltenen
Hälften
des Stammabschnitts auseinander und bewirkt ein vollständiges Durchreißen und
Trennen der beiden Stammabschnittshälften 8a, 8b.
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- 1
- Spaltkeil
- 2
- Kolbenstange
- 3
- Grundkörper
- 4
- Platte
- 5
- Stirnkante
- 6,
7
- Keilflächen
- α
- erster
spitzer Winkel
- β
- zweiter
spitzer Winkel
- 8
- Stammabschnitt
- 8a,
8b
- Stammabschnitthälften
- 9,
10
- Keilflächen
- 11,
12
- Übergangsbereiche
- 13,
14
- Spreizflächen
- 15,
16
- Stufe
- 17,
18
- Spreizelemente
- 18a,
18b
- Spreizelemente
- 19,
20
- Bolzen
- 21,
22
- Schwenkachsen
- 23,
24
- Stirnflächen
- 25,
26
- Abschnitt
- 27
- Rinne