DE2638362A1

DE2638362A1 - Fraeswalze fuer eine holzabrichtmaschine

Info

Publication number: DE2638362A1
Application number: DE19762638362
Authority: DE
Inventors: John S Stewart
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-09-02
Filing date: 1976-08-26
Publication date: 1977-03-10
Also published as: FI762502A; SE7607382L; GB1523314A; FR2322700B3; JPS5248899A; FR2322700A1; US4074737A; IT1074420B

Description

DIPL.-ING. H. MARSCH * Düsseldorf,

__TT1T -τ-Λ,-,ί-, -υ- c<T>iT>Tivi/-i LINDEMANNSTRASSE 81

DIPL.-ING. K. SPARING postfach i«™

PATENTANWÄLTE TELEFON (0211) 67 22 4Θ

lo/2o

Beschreibung zum Patentgesuch

des John S. Stewart, P.O.Box 5467, Greensboro, North Carolina

betreffend
" Fräswalze für eine Holzabrichtmaschine"

Die Erfindung betrifft eine Fräswalze für eine Holzabri chtmas chine.

Herkömmliche Holzabrichtmaschinen erzeugen störend hohe Geräuschpegel, die ohne weiteres auf Rückprallschwingungen zurückzuführen sind, entsprechend etwa dem Produkt des Realteils der Abstrahlimpedanz und dem Quadrat, der räumlich - zeitlich gemittelten Quervibrationsgeschwxndigkeit welches die akustische Abstrahlleistung bildet. Der Abstrahlwiderstand bildet eine der Komponenten des akustischen Wirkungsgrades der Quelle, die Abstrahlfläche und die Eigenschaften des schlagenden Werkstücks anderer Komponenten. Die resultierende Schallerzeugung von einem schwingenden Werkstück nimmt zu mit zunehmender Werkstückbreite und vergrößert sich im allgemeinen in der Größenordnung von etwa 6 dB, bei Verdoppelung der Werkstückbreite. Diese Charakteristik resultiert aus den Schallspektren durch Frequenzkomponenten, welche sich der kritischen Frequenz des Werkstücks annähern. Obwohl es üblich ist schraubenlinienformxge Fräswalzen für Holzabrichtmaschinen zu verwenden mit durchlaufenden Schneiden und einem geringen Schraubenanstiegswinkel, wie auch

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einer Anzahl von Messerreihen hat man nur geringe Aufmerksamkeit der Erzeugung des hohen Geräuschpegels geschenkt, bis behördliche Auflagen hier zu Beschränkungen führten. Obwohl zahlreiche Typen herkömmlicher Abrichtfräswalzen austauschbare Klingensegmente verwernden und hohe Durchsätze beim Abrichten erzielen, sind solche konventionellen Fräswalzen extrem laut und der Geräuschpegel steigt erheblich an mit der Breite des abzurichtenden Materials. Die Verringerung des Abrichtmaschinengeräuschpegels hervorgerufen durch Werkstückvibration ist aber nicht nur wünschenswert, sondern nunmehr auch zwingend und die Verringerung in dem Abstrahlwiderstand und der Werkstückvibrationsgeschwindigkeit sind höchst wünschenswert zum Erzielen verringerter Geräuschpegel beim Abrichten mit Walzenkörpern mit einer durchlaufenden Schneide, hohem Schraubenanstiegswinkel und einem Verhältnis zwischen den Faktoren Anstiegswinkel, Fräswalzendurchmesser und der Anzahl von Messerreihen, die in dauerndem Kontakt mit dem Werkstück stehen.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Fräswalze mit schraubenlinienförmig verlaufender Schneide für Holzabrichtmaschinen zu schaffen, bei der der Geräuschpegel erheblich verringert wird; hierfür erzielt man durch die Lehre der Erfindung eine Verringerung des Abstrahlwiderstandes und der Vibrationsgeschwindigkeit in dem mehr als eine Messerschneide in jedem Augenblick in Eingriff mit dem Werkstück stehen.

Die hierfür erfindungsgemäß vorgesehenen Bemessungen ergeben sich aus dem Patentanspruch 1. Es ist dabei möglich die Erfindung sowohl bei einer durchlaufenden Schneide anzuwenden, wie auch bei Konstruktionen, bei denen eine Serie von Segmenten die Schneide bildet. Die Abmessung L ist dabei vorzugsweise kleiner als Io cm.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs-

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beispiele wird die Bedeutung der einzelnen im Hauptanspruch und den UnteranSprüchen definierten Merkmale
der Erfindung erkennbar.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht eine Fräswalze

gemäß der Erfindung mit einer Serie von
in Segmente unterteilten Klingen

Fig. 2 ist ein in größerem Maßstab als in Fig. 1
dargestellter Schnitt, etwa nach Linie 2-2
der Fig. 1

Fig. 3 zeigt eine wiederum maßstäblich vergrößerte
Draufsicht auf ein Klingensegment

Fig. 4 ist eine Seitenansicht zu Fig. 3

Fig. 5 zeigt eine perspektivische seitliche Ansicht eines Klingensegments nach Fig. 3 und 4

Fig. 6 ist ein Querschnitt durch eine Segmentklinge mit auf ihr angeordneten Schneidenkörper

Fig. 7a ist ein Diagramm zur Erläuterung des Verhältnisses von Schneidkraft und Zeit für ein gerades Messer, für eine Serie von drei Zähnen

Fig. 7b zeigt ein Diagramm in dem die Schneidkraft
in Abhängigkeit von der Zeit für drei Zähne
eines schraubenlinienförmig ausgebildeten
Fräswalzenkorpers dargestellt ist, wobei der Effekt des Anstiegwinkels der Schraubenlinie auf die Kraftauslenkungen für drei Zähne erkennbar werden,

Fig. 8 ist ein Diagramm, in welchem das Schneidkraftverhältnis über dem Kontaktverhältnis aufge-

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tragen ist, und

Fig. 9 ζ&ΐφ die Abhängigkeit des Schallabstrahlwirkungsgrades von der Werkstückbreite in Di agrammform.

In den Zeichnungen, und insbesondere in Fig. 1 ist eine Fräswalze Io für eine Holzabrichtmaschine dargestellt, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist. In Axialrichtung erstrecken sich Wellenstümpfe 11 und 12, die für die Rotation der Walze gelagert sind. Ein Zwischenabschnitt 13, 14 an jedem Ende der Walze kann vorgesehen sein, abhängig von dem Maschinentyp und den Raumerfordernissen, insbesondere wenn bereits fertige Abrichtmaschinen mit einer Fräswalze gemäß der Erfindung neu bestückt werden sollen; der zylindirsche Fräswalzenhauptkörper 15 ist mit einer Serie von schraubenlinienförmig verlaufenden Nuten oder Ausnehmungen im Umfangsabstand voneinander über den gesamten Walzenkörper 15 versehen.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist eine Serie von Klingensegmenten 19 lösbar an dem Walzenkörper 15 innerhalb der schraubenlinienförmig verlaufenden Nuten befestigt; die Klingensegmente sind aneinanderstoßend und auf den Nuten aufsitzend ausgebildet, so daß sich eine im wesentlichen durchgehende Schneide 2o,21,22 für jede der Schraubenlinien ergibt, obwohl die einzelnen Klingensegmentabschnitte 19 individuell austauschbar sind. Das Nachschleifen der Schneiden kann erfolgen, wenn die Fräswalze in der Maschine eingebaut oder aus dieser ausgebaut ist, wobei während des Schleifens wiederum die gesamte Fräswalze oder die einzelnen Klingensegmentabschnitte genau in ihrer Position auf dem Walzenkörper geschliffen werden können, damit man eine durchlaufende Schneide erhält, die aus den einzelnen Klingensegmentabschnitten besteht; alternativ können die einzelnen Segmentabschnitte in einer entsprechend ausgebildeten Vorrichtung montiert werden, um sie auf eine vorgegebene Höhe zu schleifen.

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Es hat sich gezeigt, daß der Geräuschpegel beim Abrichten erheblich verringert werden kann, indem man mehr als eine Schneide in Kontakt mit dem abzurichtenden Werkstück bringt. Es wurde auch gefunden, daß eine sehr merkbare relative Veningerung des Geräuschpegels erzielt wird durch die Anwendung der Formel L=1M> cotjz5/N mit L als dem Abstand zwischen benachbarten schraubenlinienförmigen Schneidkanten, die als dem Walzenkörperdurchmesser N der Anzahl von Messerreihen und φ dem Schraubenwinkel, gebildet von der Achse des Walzenkörpers und einer der Schneidkanten, wobei vorzugsweise L kleiner als Io cm ist. Wenn L kleiner ist als die Breite des Werkstückes ist es höchst wünschenswert, daß mehr als eine Klingenkante des Walzenkörpers in jedem Augenblick in Eingriff mit dem Werkstück steht. Es wurde ferner gefunden, daß für eine wirksame Kontrolle der Werkstückschwingung das Verhältnis von W zu L, das vorzugsweise größer als 1 sein soll,wie sich aus einer überprüfung des Diagramms aus Fig. 8 ergibt, für optimale Ergebnisse L kleiner als Io cm sein sollte. In Fig. 8 ist die Ordinate das Schneidkraftverhältnis (oder Aufschlag zu Stetigkeit = impact/steady), und die Abzisse ist in Werten des Kontaktverhältnisses (oder W/L) geteilt, wobei W die Breite des Werkstücks ist und L der Kontaktabstand zwischen benachbarten schraubenlinienförmigen Schneidkanten auf dem zylindrischen Walzenkörper des Fräsers. Für eine geradlinige Schneide, die parallel zur Achse des Walzenkörpers verläuft steigt die fluktuierende Kraftkomponente über dem Kontaktverhältnis nach Fig. 8 scharf an, im Gegensatz zu den Kontaktverhältnispunkten zwischen l,o und 3,o. Für eine dementsprechend wirksame Werkstückschwingungskontrolle würde das Verhältnis von W zu L eine bessere Kontrolle ermöglichen wenn Werte oberhalb von l,o erzielt werden, wie in Fig. dargestellt.

Das Ergebnis der Schneidkraft aufgetragen über der Zeit ist in Fig. 7a dargestellt, in der eine Fräswalze mit einer geraden Schneide mit mindestens drei getrennten geraden

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Schneiden verwendet wird, wobei das Kontaktverhältnis (W/L) gleich Null ist. Im Gegensatz dazu ist in Fig. 7b die Schneidkraft aufgetragen, über der Zeit für eine schraubenlinienförmig verlaufende Schneide, wobei der Walzenkörper eine Serie von mindestens drei getrennten Schneidflächen besitzt, und wobei das Kontaktverhältnis von W/L größer als 1 ist? Fig. 7b läßt die vergrößerte Kontaktzeit erkennen, wenn die schraubenlinienförmigen Schneiden eingesetzt werden. Gemäß der Erfindung werden Serien von schraubenlinienförmigen Klingen verwendet bei denen das Verhältnis von W/L vorzugsweise nicht größer als 1 ist und das Verhältnis von L kleiner ist als Io cm in der oben angegebenen Formel, in der der Wert von L als Kontaktabstand zwischen benachbarten schraubenlinienförmigen Schneiden eingeht.

In Fig. 2 ist eine Fräswalze dargestellt, mit in Segmente unterteilten Schneidklingenabschnitten 23, die im ümfangsabstand voneinander in zugeordneten Aufnahmenuten 24 des Walzenkörpers 25 auf der Außenoberfläche 26 derselben montiert sind, mit entsprechenden Hinterschneidungen 27, die vor der Schneide 28 ausgebildet sind. Jeder Abschnitt 28 ist sicher an jeweils einem Segment 23 längs einer Kante desselben befestigt, und kann aus Werkzeugstahl oder Wolframcarbid oder anderem entsprechenden Material bestehen. In einigen Fällen kann die Fräswalze einstückig hergestellt werden unter Ausbildung von schraubenlinienförmigen Schneiden, die in den Walzenkörper eingeformt sind, ohne herausnehmbare Segmente oder Klingen.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 können die einzelnen Segmente 23 geschmiedet sein oder in anderer Weise spanabhebend gefertigt werden, um genau in die Spanabhebenden Nuten 24 zu passen. Eine angesengte Bohrung 29 ist in jedem Segment 23 vorgesehen zur verdeckten Aufnahme des Kopfes eines Befestigungsbolzens 31, der in den Walzenkörper 25 eingeschraubt wird, um so die Positionierung und den Aus-

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tausch jedes Segmentes 23 zu erleichtern, damit ein neues Segment eingefügt werden kann, oder ein verschlissenes Segment ausgetauscht werden kann, ohne die benachbarten Segmente zu stören, oder durch diese gestört zu werden.

Die Kontur jedes Segments 23 folgt vorzugsweise der Konfiguration der schraubenlinienförmig verlaufenden Nut in dem Walzenkörper, so daß eine minimale Versetzung jedes Segmentes erfolgt, wenn es in Position befestigt ist, durch Anstoß an benachbarte Segmente und die Wandungen der Nut Die Konfiguration jedes solchen Segmentes ist in Fig. 3,4 und 5 dargestellt, in denen jedoch die Schneide 28 weggelassen ist, die in dem Segment 32 als kurze vorstehende Klinge 33 dargestellt ist, befestigt an der entsprechend ausgenommenen Führungskante 34 des Segments 32, wo die Klinge hart angelötet oder geschweißt werden kann, je nachdem, welche Materialien eingesetzt werden.

Ausgedehnte Untersuchungen wurden bei der Geräuschentwicklung und deren Verringerung bei Abrichtmaschinen durchgeführt, unter Berücksichtigung der Abstrahlimpedanz der Schwingungsgeschwindigkeit und des Abstrahlwiderstandes welche den aktustischen Wirkungsgrad reflektieren, wie auch im Hinblick auf die Eigenschaften des Materials, was verarbeitet wird. Hierzu ist auf die Veröffentlichung "A Theoretical and Experimental Study Of Wood Planer Noise and Its Control" von Stewart August 1972 Center for Acoustical Studies, Department of Mechanical and Aerospace Engineering, North Carolina State University, Raleigh, North Carolina zu verweisen. Aufgrund dieser theoretischen und experimentellen Untersuchungen und nachfolgenden Experimenten wurde die vorliegende Erfindung geschaffen.

Ein Vergleich der Geräuschpegel wurde an der Position der Bedienungsperson einer Abrichtmaschine durchgeführt, die einerseits mit konventionellen Fräswalzen und andererseits mit Fräswalzen gemäß der Erfindung bestückt wurden. Folgende Ergebnisse wurden erzielt:

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-δι. Betriebsbedhgungen

a) Maschine : Einflächenabrichtmaschine

b) Material: Roteiche

c) Schnittiefe: 1/8" = ca. 3 mm

d) Vorschubgeschwindigkeit: 6o ft/min. = ca. 2o m/min.

e) Materialdicke: 1" = ca. 2,5 cm

f) Materiallänge: 5¹ = ca. 1,6 m

II.Geräuschpegel an der Bedienungsposition (+ 1 dBA) Abstand 4¹ = ca. 1,3 m von der Maschine

Materialbreite herkömmliche Maschine erfindungsgem. Fräs-

(dBA) walze (dBA)

Leerlauf
2 " = 5 cm
4 " = Io cm 6 " = 15 cm 8 " = 2o cm lo" = 25 cm 12" = 3o cm 24" = 6o cm

91

9o

95

98

lol

Io3

Io4

Io8

78 81 81 8o 81 82 85 87

Die Verringerung des Geräuschpegels zwischen der herkömmlichen Maschine und der mit erfindungsgemäßer Fräswalze bestückten zeigte sich als sehr bedeutungsvoll im tatsächlichen Betrieb.

Die Auslegung der Fräswalze gemäß der Erfindung ist so, daß die Kombination des Schraubenwinkels und der Anzahl von Messerreihen auf der Fräswalze den Abstand L (L=IfD cot0/N) definiert, wobei mehr als eine Messerreihe in Kontakt mit dem Werkstück steht, immer dann wenn L kleiner ist als W der Werkstückbreite. Die Auslegung ist so, daß dann wenn das Werkstück schmaler ist als L, das Werkstück so schmal ist, daß es dann ein Schallstrahler geringsten Wirkungsgrades ist. Dies ergibt sich aus dem

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Diagramm nach Fig. 9 und aus Fig. 8.

Die Schallabstrahlung kann auch definiert werden in Ausdrücken der Werkstückschwingungsgeschwindigkeit und des Quellenwirkungsgrades, oder

Leistung = E · V · E · F_f

mit E = Abstrahlwirkungsgrad

V = Werkstückvibrationsgeschwindigkeit, im wesentlichen proportional der Fluktuationskraft F_f.

Aus Fig. 8 und 9 erkennt man, daß für W/l größer als 1 oder W kleiner als Io cm die Schallabstrahlung verringert wird. Die Schallabstrahlung wird verringert, wenn der Wert von L kleiner ist als Io cm infolge:

1. W/l größer als 1 für Fälle, bei denen das Werkstück breiter ist als Io cm, oder

2. W schmaler ist als Io cm und entsprechend Fig. 9 die Werkstückbreite zu gering ist, um einen wirksamen Schallstrahler zu ergeben.

Patentansprüche:

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Claims

PATENTANSPRÜCHE :

1. Fräswalze für eine Holzabrichtmaschine mit Lagerzapfen und einem Walzenkörper, gekennzeichnet durch eine Serie schraubenlinienförmig auf dem Walzenkörper in Umfangsabstand angeordnete Schneidkanten, eine Mehrzahl von schraubenlinienförmigen so positionierten Schneidkanten, daß sie gleichzeitig in Eingriff mit der zu bearbeitenden Fläche stehen, um den Geräuschpegel abzusenken, und durch einen Abstand zwischen den schraubenlinienförmigen Schneidkanten gemäß der Beziehung L=D cot 0 / N, worin L der lineare Abstand zwischen benachbarten Schneidkanten ist, D der Walzenkörperdurchmesser ist, N die Anzahl der Messerreihen ist und 0 8er Schraubenwinkel ist, wobei das Verhältnis W/L mit W als der Werkstückbreite größer als 1 ist.

2. Fräswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenkörper einstückig angeformte Serien von schraubenlinienförmigen Schneidkanten aufweist.

3. Fräswalze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schneidkanten kontinuierlich in ihrer ganzen Erstreckung ist.

4. Fräswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenkörper schraubenlinienförmige Nuten aufweist, daß die Serie von Schneidkanten aus einzelnen, in den Nuten montierten Segmenten besteht, und daß die Segmente in den Nuten lösbar befestigt sind.

5. Fräswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten Wolframkarbidspitzen umfassen, die an den Schneidkanten angeordnet sind.

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6. Fräswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenkörper schraubenlinienförrnige Nuten zur Aufnahme und Befestigung der Schneidkanten aufweist, deren Schneiden der Werkstückfläche zugekehrt frei liegen, daß jede Schneidkante aus einzelnen Segmenten besteht, und daß an jedem Segment eine Schneide befestigt ist.

7. Fräswalze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schneide aus Wolframkarbid besteht.

8. Fräswalze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schneide aus Werkzeugstahl.besteht.

9. Fräswalze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede schraubenlinienförrnige Schneidkante eine Serie von konturierten schraubenlinienförmigen Segmenten umfaßt, die aneinander und an den schraubenlinienförmigen Nuten anliegen.

10. Fräswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß L kleiner als Io cm ist.

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