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Messerkopf In der Sägeindustrie stellen die neuen verschiedenartigen
Planschnitzel- und Besäummschinen, in denen Hackschnitzel direkt von der Baumstammoberfläche
oder dem zu besäumenden Brett hergestellt werden, ohne zuerst von Rundholzsegmenten
und Säumlingen abgesägt zu werden, eine bedeutungsvolle Entwicklungsstufe dar.
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Die wichtigsten Teile dieser Maschinen bilden die die Hackspäne schneidenden
Messerköpfe. Die voringende Erfindung enthält eine netzartige, eine geringe Anzahl
von Messern aufweisende und in ihrer baulichen Gestaitung einfache Nesserkopflösung,
die sowohl bei Maschiren zum Planschnitzeln von Baumstämmen als auch bei Maschinen
zum Besäumen von Sägewaren anwendbar ist.
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Es sind bereits sogar mehrere Messerkopflösungen vorgelegt worden
- von denen einige Typen in der Industrie angewandt werden -, wo der als Befestigungsorgan
für die Messer dienende Grundkörper des Messerkopfes die Form eines abgostumpften
Kegels,
einer Scheibe oder einer abgestuften Scheibe aufweist und
wo die den Messerkopf in Drehung versetzende Welle senkrecht zur Holzvorschubrichtung
angeordnet ist. Als Beispiele von Patentschriften, in denen derartige Messerköpfe
beschrieben sind, seien die folgenden erwähnt: USA 2 949 946 D.L. Johnson 3 3 282
312 G.M. Strandal 3 3 360 024 J. Traben 3 3 486 541 F. Nilsson 3 3 645 308 P. Nilsson.
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Es sei hier nicht auf eine ausführlichere Betrachtung der vorbekannten
Messerkofkonstruktionen eingegangen, sondern lediglich festgestellt, dass ihnen
viele Mängel anhaften und dass sie mit vielen Schwierigkeiten verbunden sind, von
denen die folgenden erwähnt seien : komplizierter Aufbau, grosses Format, hohe Messerzahl,
schwierige Pflege der Messer und oft auch enger Spanraum, niedrige Hackspanqualität
bzw. schlechte Güte der Schnittfläche.
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Der vorliegende neue Messerkopf, der sich deutlich von den früheren
Konstruktionen unterscheidet und der das Ergebnis langjahriger Laboruntersuchungen
ist, bezweckt, die vorerwähnten Nachteile zu beseitigen. Beim Entwickeln desselben
wurde nach einer einfachen Konstruktion und einem geringen Format des Messerkopfes
wie auch nach einfachen, wenigen und leicht auswechselbaren Messern gestrebt. Es
wurde dabei besondere Aufmerksamkeit darauf gerichtet, dass die anfallenden Hackspäne
den mittels bei der Herstellung von Zellulose verwendeter Hackmassninan abgetrennten
Hackschnitzeln ähnlich sind. Somit brauchen die mittels ces Messerkopfes abgetrennten
Hackspäne nicht separat gekocht zu werden, sondern sie können mit gewöhnlichen Hackspänen
für Zelluloseherstellung gemischt und damit zusammen gekocht werden.
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Die Konstruktion des neuen Messerkopfes, den die Untersuchungen ergeben
haben, geht im wesentlichen aus dem kennzeichnenden
Teil des Hauptanspruchs
vor, worauf in diesem Zusammenhang hingewiesen wird.
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Die Schnittbreite des Messerkopfes ist in einige, gleich oder verschieden
breite Bahnen eingeteilt, von denen jede mit einem oder einigen wenigen Messern
bestückt ist, die ebenso breit wie oder aber etwas brsiter als die Bahn sind, und
die Messer der nebeneinander. angeo'rdneten Bahnen sukzessive abgestuft sind. Bei
einer derartigen Anordnung bleiben die auf den Baumstamm bzw. das abzukantende Brett
gerichteten Schnittkräfte gering, was einen genau gelenkten Vorschub der Stämme
zwischen den Messerköpfen erleichtert. Die Schnittkrexse der, vom Baumstamm aus
betrachtet, äussersten Messer sind vorzugsweise grösser bemessen als die der inneren
Messer und fangen somit das Schneiden an. Hierdurch wird das Baumstammende nicht
abgespaltet, sondern der gesamte vom Stamm abzuschneidende Teil wird als eine gleichmässige
Grösse aufweisende Hackspäne erhalten. Da ferner die scharfeckige, die Holzfasern
abschneidende Hauptschneidkante des Schneideteiles des Messers in schräger Stellung
in grossem Abstand von der Crundkörperfläche des Messerkopfes angeordnet ist, ist
die Bildung und Abführung der späne stets frei.
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Die abgetrennten Hackspäne brauchen somit nicht durch einen engen
Spalt durch den Grundkörper des Messerkopfes laufen oder sich in einem engen Spanraum
drängen, wie dies bei fast allen anderen Messerkopfkonstruktionen der Fall ist.
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Die Länge der Hackspäne in der Holzfaserrichtung ist völlig gleichmässig
und frei wählbar; ihre Grösse ist die Holzuorschubgeschwindigkeit geteilt durch
die Drehzahl dRs Messerkopfes und die Zahl der Messer an der Schneidebahn. Die die
Holzfasern e.-hneidends HauptschneidkaFte der Messer liegt schräg zur Welle des
Messerkopfes und zu den Holzfasern, und der Abstand der Schneidkante von der Welle
des Messerkopfes nimmt bei wachsendem Abstand von dem zu bearbeitenden Baumstamm
zu. Durch geeignete Messerwinkel werden beliebig dicke und fast völlig unbeschädigte
Hackschnitzel
erhaiten. Die Bearbeitungsschnittfläche, die ein derartiges Messer im Holz hinterlässt,
sind in der Regel auch gut. Damit die Schnittflächen auch in einem astreichen Baumstamm,
in dem der Faserverlauf um die Aste herum variiert, stets gut bleiben, empfiehlt
es sich jedoch, die innerste, d.h. die unmittelbar am Stamm lisgende Bahn mit mehreren
Messern auszuresten und die Breite dieser Bahn schmäler als die der übrigen Bahnen
auszubilden, wobei der Anteil der an der Bahn gebildeten kürzeren Hackspäne gering
verbleibt.
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Einige Ausführungsformen des oban beschriebenen Messerkopfes sind
in den beiliegenden schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Figur 1 zeigt den
erfindungsgemässen, einer Planschnitzel- oder Besäummaschine zugeordneten, im Verhältnis
zur Holzvorschubrichtung links angeordneten, mit vier Schneidebahnen und zehn Messern
versehenen Messerkopf fitom Baumatamm aus betrachtet, und in Figur 2 ist derselbe
Messerkopf in Draufsicht dargestellt. In Figur 3 ist ein vom vorhergehenden etwas
abweichender, rechtsliegender Messerkopf eines Planschnitzlers, welcher Messerkopf
mit drei Schneidebahnen und acht Messern ausgerüstet ist, beim Bearbeiten einer
Stammoberfläche in Seitenansicht dargestellt, während arl- in Figur 4 in Draufsicht
gezeigt ist, wobei der Stamm längs der Linie A-A in Figur 3 geschnitten ist. Ferner
ist in Figur 5 ein besonders zum Besaumen, aber auch zum Planschnitzeln geeigneter,
linke liegender Messerkopf vom Stamm her gesehen und in Figur 6 in DraufsicFrt gezeigt.
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Der Grundkörper des Messerkopfes hat die Form einer abgestuFten Scheibe
und weist vier Schneidebahnen auf, von denen die drei äussersten Bahnen je zwei
Messer, d.h. insgesamt sechs eigentlichte Schneidemesser besitzen. Die messer der
am Stamm gelegenen schmalen Schneidebahn sind durch ein gemeinsames, einem Kreissägeblatt
ähnliches Schlichtblatt ersetzt, das sechs Zähne aufweist. Figur 7 zeigt das Messer
der mittleren Bahn des in Figuren 5 und 6 dargestellten Messerkopfes sowie die Befestigung
dieses
Messers am Grundkörper des Messerkopfes vom Baumstamm aus betrachtet, während wiederum
in Figur 8 der Schneidetsil desselben Messers in Vorderansicht gezeigt ist. Figur
9 stellt das Schlichtblatt des in Figuren 5 und 6 gezeigten Messerkopfes vom Stamm
her gesehen dar, während Figur 10 einen Schnitt durch das Schlichtblatt und dessen
Befestigung am Grundkörper des Messerkopfes längs der Linie B-E in Figur 9 in vergrössertem
Massstab zeigt. In Figur 11 ist das Besäumen eines Bretts in Draufsicht und in Figur
12 in Rückansicht gezeigt. Figur 13 veranschaulicht die Herstellung eines Vierkantbalkens
mittels vier Messerköpfe in Seitenansicht und in Figur 14 ist dies in Rückansicht
dargestellt - daneben ist der Querschnitt eines fertigen Balkens gezeigt, dessen
Höhe hl und Breite h2 beträgt. In Figuren 11...14 fehlen die Messer.
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In den Zeichnungen bezeichnet 1 den Gru.^dkörper des Messerkopfes,
der in geeigneter Weise an einer ihn umdrehenden Welle la befestigt ist. Mit der
Ziffer lb sind Befestigungswellen der Messer, mit der Ziffer lc Befestigungsbolzen
der Messer und mit der Ziffer ld Befestigungsschrauben für das Schlichtblatt angegeben.
Die Messer sind in der Weise mit der Ziffer 2 bezeichnet, dass 2a die Messer der
innersten, d.h. der unmittelbar am Stamm liegenden Schneidebahn oder das gemeinsame
Schlichtblatt, und 2b, 2c und 2d die Messer der darauffolgenden Schneidebahnen angeben.
Das zu bearbeitende Hclz, dar planzuschnitzelnde Stamm bzw. das abzukantende Brett
sind mit der Ziffer 3 bezeichnet, und die gesamte Schnittbreite e des Messerkopfes
ist in vier Schneidebahnen à, b, c und d eingeteilt. Der in Figuren 1 und 2 dargestellts
Messerkopf weist ehn Messer auf, vier Messer 2a an der innersten Schneidebahn und
zwei an jeder der äusseren Bahnen b, c und d. Die Messer sind sukzessive in der
Weise in zwei Sektoren abgestuft, dass das äusserste Messer 2d das Schneiden beginnt.
Die in dem mit drei Schneidebahnen versehenen Messerkopf nach Figuren 3 und 4 vorgesehenen
acht
Messer verteilen sich entsprechend in der Weise, dass die innere
Bahn vier Messer 2a und jede der äusseren Bahnen zwei Messer 2b und 2c aufweisen.
In Figur 3 ist das Messer 2c gerade dabei, Hackspäne der Länge 1 abzutrennen, wobei
die Messer 2b und 2a ihren Anteil später abschneiden. Wenn die Drehzahl n des Messerkopfes
z.B. 2000 U/min beträgt, und die erwünschte Länge 1 der Hackspäne in der Faserrichtung20
mm betragen soll, ist zur Vorschubgeschwindigkeit u des Stammes 80 m/min zu wählen
- die Messer 2a der inneren Bahn trennen dabei Hackspäne von 10 mm Länge ab. Falls
wiederum die erwünschte Längs der. Hackspäne 25 mm ist und der Messerkopf mit einer
dritten Messergruppe versehen wird, wobei die Gesamtzahl der Messer 12 beträgt,
hat die Vorschubgeschwindigkeit u bei der gleichen Drehzahl 150 m/min zu betragen.
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Der in Figuren 5 und 6 dargestellte Messerkopf weist zwei Messer
2b, 2c und 2d auf, von denen in erster Linie nur die die Wurzelanläufe des Stammes
bzw. des Bretts schneidenden äussersten Messer 2d zweckmässig breiter als die übrigen
Messer bemessen sind. Darüber hinaus weist der Messerkopf ein mit sechs Zähnen versehenes
dünnes Schlichtblatt 2a auf. Der auch sonst leicht gebaute, die Form einer abgestuften
Scheibe aufweisende Grundkörper des Messerkopfes ist dadurch noch leichter geworden,
dass daraus die aus Figur 5 ersichtlichen Teile an den Messern 2b unc 2c herausgeschnitten
worden sind. Diese herausgeschnittenen Teile fördern die auch sonst freie Abführung
der sich bildenden Hackschnitzel. Wenn ein derartiger Messerkopf z.B. bim Besäumen
von Brettern eingesetzt wird und zur Prehzahl n des Messerkopfes 3000 U/min und
zur Vorschubgeschwindigkeit u ~ 150 mimin gewählt wird, beträgt die Länge der eigentlichen
Hackspäne 1 = 25 mm, während die vom Schlichtblatt abgetrennten Späne 8,3 mm betragen.
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In Figuren 7 und 8 ist eine sich als zweckmässig erwiesene Messerform
dargestellt. Die die Holzfasern abschneidende
Hauptschneidkante
s des Messers 2b liegt um einen Neigungswinkel von ctC schrag zur Richtung der Messerkopfwelle.
In der von der Nebenschneidkante s2 des Messers und dem Radius R des aus der Mitte
des Messerkopfes gezogenen Schnittkreises bestimmten Ebene geben wiederum » den
Keilwinkel,crL den Freiwinkel und ot den Spanwinkel an. Als Beispiel der Grössenordnungen
der Winkel sei eine bei einer Untersuchung für zweckmässig befundene, in den vorliegenden
Figuren 3...8 dargestellte Winkelwahl erwähnt, und zwar ein Spanwinkel, Keilwinkel
und Neigungswinkel von je 400 und ein Freiwinkel von 100.
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Mittels eines mit derartigen Messerwinkeln versehenen Messers - vgl.
Figur 3 - erfolgt die Spanbildung in der Weise, dass sich die Späne, nachdem die
Hauptschneidkante 51 die Holzfasern geschnitten hat, als fast unbeschädigte und
geeignet dicke Stücke abspaltei;, ähnlich wie bei Hackmaschinen für Zelluloseherstellung.
Wenn der Neigungswinkel o erheblich vergrössert wird, nimmt der Energiebedarf ab,
während die Spandicke zunimmt.
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Das Vermindern des Neigungswinkels hat eine entgegengesetzte Wirkung
zur Folge - wenn der genannte Winkel sich dem Wert O nähert, werden die Späne dazu
noch kräftig beschädigt. Das Vergrössern bzw. Varmindern des Spanwinkels ruft teilweise
eine ähnliche Wirkung wie oben hervor.
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Figur 7 zeigt eine einfache und zuverlässige Befestigung der Messer
an einem im Grundkörper des Messerkopfes vorgesehenen Sitz. Neben dem Sitz ist ein
Loch ausgeformt, in welchem eine der Breite des Messers entsprechents Messerbefestigungswelle
lb mit snger Gleitpassung angebracht ist, aus welcher ein in der Figur gezeigtes
Segment herausgeschnitten ist. Gegen die plane Ebens dieser Bsfestigungswelle liegt
die plane Ebene des im Befestigungsschaft des Messers ausgeführten Schnittes an.
Eine durchaus zuverlässige Befestigung des Messers wird dadurch erzielt, dass ein
im Messer vorgesehener Spannbolzen lc umgedreht wird, welche Anspannung in der gleichen
Richtung wirkt wie die
Fliehkraft während des Umlaufens. Wenn der
Spannbolzen lc wiederum gelöst wird, löst sich das Messer, das jetzt aus seinem
Sitz seitlich verschiebbar ist. Aus Figuren 9 und 10 geht eine bevorzugte Form des
Schlichtbiattes und dsssen Befestigung am Grundkörper 1 des Messerkopfes mittels
Schrauben ld deutlicher hervor. Das beschriebene Schlichtblatt weicht in der Beziehung
von den früher bei Messerköpfen verwendeten gewöhnlichen Kreissägeblättern ab, dass
es einen kleineren Ourchmesser als die benachbarten Schneidemesser 2b aufweist und
somit nicht den eigentlichen Sägeschnitt ausführt, sondern lediglich die Schnittfläche
der vorhergehenden Messer weiterglättet. Die Zahnwinkel können genau die gleichen
sein wie bei den in Figuren 7 und 8 dargestellten Messern 2b. Noch bessere Schnittflächen
sind aber durch eine in Figuren 9 und 10 dargestellte Schärfung zu erzielen, wobei
die Nebenschneidkante s2 des Zahns annähernd parallel zum Radius des Blatts verläuft.
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Während der Bearbeitung wird das Holz wirksam durch die dem Stamm
zugekehrte Endfläche des Messerkopfes gelenkt und abgestützt. Trotzdem steht die
dem Stamm zugekehrte Schneidkante s2 der Messer 2a vorzugsweise, um unnötige Reibung
zu reduzieren, über die Endfläche des Messerkopfes ein wenig vor.
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In den dem Stamm zugekehrten Seitenflächen sämtlicher Messer ist wiederum
ein ganz kleiner Freiwinkel von 1.1.1,5° senkrecht zur Nebenschneidkante s2 nwendbar.
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Ausser zum Planschnitzeln, dargestellt in den Figuren 3 und 4, eignet
sich der Messerkopf euenso gut zum Besäumen, das in den Figuren 11 und 12 werdnschaulicht
ist. Beim Besäumen können die Messerköpfe auch eine gemeinsame durchgehende Welle
besitzen, wie dies beim normalen Besäumsägen meist der Fall ist.
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Das in den Figuren 11 und 12 dargestellte Schneideprinzip ist jedoch
äusserst vorteilhaft, da der Durchmesser der Messerköpfe hierbei äusserst klein
sein kann. Durch eine zweckmässige Wahl der Messerwinkel wird wiederum erreicht,
dass die erforderliche
Vorschubkraft gering ist und dass das abzukantende
Brett die Vorschubrichtung wohl einzuhalten vermag, sodass die Vorschubeinrichtungen
der Besäummaschine äusserst einfach aufgebaut sein können.
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Dank seinem geringen Format eignet sich der Messerkopf auch gut für
eine solche Planschnitzelmaschine, in der sämtliche vier Seiten des Baumstammes
gleichzeitig bearbeitet werden, wie in Figuren 13 und 14 schematisch dargestellt
ist. Es ist dabei von besonderer Wichtigkeit, dass die auf den Baumstamm gerichteten
Schnittkrafte gleichmässig und gering sind, was durch Einteilung der erforderlichen
Schnittbreite in parallele Bahnen und durch sukzessive Abstufung der nebeneinanderliegenden
Messer erzielt worden ist. Die durchgeführten Untersuchungen geben ein überzeugendes
Bild hiervon. Von den dabei erhaltenen Ergebnissen sei erwähnt, dass die Schnittkraft
auch bei Anwendung der vorerwähnten bevorzugten Messerwinkel beim Herstellen von
Hackspänen, deren zange 20...25 mm beträgt, der Grössenordnung 100 kp pro Schnittbreitenzentimeter
ist. Falls die zu bearbeitende Breite, z.B. bei einem unsymrretrischen Wurzelanlauf,
15 cm beträgt, so würde die Schnittkraft n 1500 kp betragen, wenn die Bearbeitung
mit einem breiten Messer erfolgte. Oie Planschnitzel- und Besäummaschine , bei der
der erfindungsgemässe Messerkopf einzusetzen ist, hat dagegen einen gleichmässigen
Gang und das Lenken des Holzes ist dabei leicht.
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Abschliessend sei festgestellt, dass der Aufbau des Messerkopfes
die Verwendung einer hohen Drehzahl zulässt und dass die Pflege des Messerkopfes
einfach ist. Die Messerzahl ist gsring und die äusseren Messer, die verhältnismässig
wenig schneiden, brauchen nur selten geschärft zu werden. Dazu ist der Messerauswechsel
sehr einfach und erfordert keine Einpassungs- oder Präzisionsarbeit.
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In den Einzelheiten kann der erfindungsgemässe Messerkopf selbstverständlich
im Rahmen der nachstehenden Patentansprüche modifiziert werden.