DE2850263A1 - Messerkopf - Google Patents

Description

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Patentanwälte

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ 8000 München 22 - Steinsdoifstr.

51-28.962P(28.963H) 2o. Nov. 1978

Prof. Eero Mikael KIVIMAA, oo25o Helsinki

Finnland

Messerkopf

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Messerkopf z.B. für eine Maschine zum Planschnitzeln oder für einen besäumungsfraser, welcher Messerkopf aus einer zur Holzvorschubrichtung wesentlich senkrechten Rotationswelle, einem an der Rotationswelle angeordneten Grundkörper und an dem Grundkörper befestigten Schneidemessern besteht, welche so angeordnet sind, dass einige parallel verlaufende Schneidebahnen entstehen, deren Durchmesser von dem zu bearbeitenden Holz weg zunehmen und deren Messer nacheinander so abgestuft sind, dass die Schneidemesser je eines äusseren, mit grüsserem Durchmesser versehenen Schneidebahnes früher als die Schneidemesser des nächstliegenden inneren Schneidebahnes schneiden.

Mit ähnlichen Messerköpfen werden in Maschinen zum Planschnitzeln die seitlichen Segmente der Baumstämme und in tJesäumungsfräsern aus Brettern die Kantenteile direkt in Nutzspänen, z.B. Hackspänen zur Zelluloseherstellung geschnitten.

Die vorliegende Messerkopf lösung ist als Ergebnis jahrelanger, sowohl Labor- als praktischer Untersuchungen und im Laufe deren erzielter Einsichten entstanden.

Bereits am Anfang der Untersuchungen, welche sich damals auf die Schnittkraft der Messer richteten, erwies es sich zweckmässig, die Schnittfläche des Messerkopfes in obenerwähnter Weise in einigen parallelen Schneidebahnen einzuteilen. Ein solcher Messerkopf läuft gleichmässig und die Steuerung des Holzes ist verhältnismässig leicht ausführbar, auch wenn die Messer über der vollen Berite des Messerkopfes schneiden. Es erwies sich auch von Anfang an zweckmässig, nur einen offenen Schneidevorgang zu benutzen, wo die Abführung der Hackspäne ganz frei geschehen kann.

Bei der Untersuchung anlässlich der Abhängigkeit der Wualitat der Hackspäne von verschiedenen Faktoren, erwies sich die Bedeutung des Neigungswinkels des Messers als sehr zentral.

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Mit dem Neigungswinkel (k) wird hier der Winkel zwischen der Hauptschneidekante des, die Holzfaser schneidenden Messers oder der in der, durch die Rotationswelle dessen Messerkopfes verlaufenden Ebene befindlichen Projektion und der Welle des Messerkopfes bezweckt.

Ein grosser Neigungswinkel von etwa 55 bis 70 erwies sich als sehr vorteilhaft. Hierbei ist der Anteil der zu feinen Hackspäne klein und die s.g. Beschädigung der Enden der Hackspäne praktisch gesehen unbefindlich. Die Verteilung der Dicke der Hackspäne ist auch meistens gut. Wenn die Hackspäne verwendende Industrie jedoch auch hinsichtlich der Dicke genaue Forderungen, z.B. höchstens 5 mm, stellt, kann auch diese Forderung erfüllt werden durch Wählen einer Breite von 5 mm für die Schneidebahnen.

In der Praxis werden immer grössere Forderungen, ausser auf die Qualität der Hackspäne, auch auf die Güte der vom Messerkopf geschnittenen Oberfläche gestellt, welche erstklassig auch an den Ästen sein sollte. Bei umfangreichen Untersuchungen in dieser Sache, erwies sich der grosse Neigungswinkel wieder als vorteilhaft. Die Qualität der Oberfläche wird sogar in schwierigen Fällen ausschlaggebend verbessert, wenn ausserdem die Zahl der s.g. Schlichtmesser der am nächsten zum Baumstamm liegenden Bahn, erhöht wird. Wenn z.B. die Messerzahl der übrigen Schneidebahnen des Messerkopfes 2 ist und die Drehzahl des Messerkopfes und die Holzvorschubgeschwindigkeit so gewählt werden, dass die Länge der Hackspäne (1) in Faserrichtung 24 mm ist, kann als Messerzahl des Schlichtbahnes z.B. 4, 6 oder 8 gewählt werden. Die Länge der im Schlichtbereich zu erhaltenden Hackspäne ist hierbei entsprechend 1 = 12, B oder 6 mm. Auch im letzterwähnten Falle (1=6 mm) sind die Späne noch verwendbar und kein wertloses Sägemehl, welches erzielt wird, wenn ein nächst zum Baumstamm liegendes Kreissägeblatt an·

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statt eines Schlichtmessers verwendet wird. Die Oberflächenqualität wird noch besser, wenn die Breite des Schlichtbahnes herabgesetzt wird. Eine Grenze ergibt sich jedoch dadurch, dass die ächlichtmesser die von den längeren Hackspänen schneidenden Messern des vorangehenden Schnittbahnes hinterlassenen Einschnitte wegschneiden müssen.

Die praktische Verwertung der erzielten Resultate wurde aber deshalb schwieriger, weil ein grosser Neigungswinkel den Durchmesser des Messerkopfes gross macht und schmale Schneidebahnen eine grosse Messerzahl bedeutet, welche Einzelheiten, was den Maschinenaufbau und die Pflege des Messerkopfes betrifft, unerwünscht sind.

Eine glückliche Lösung dieser Fragen wurde durch die überraschende Einsicht gefunden, dass praktisch gesehen fast die ganze Abspanung auf einem ganz schmalen Bereich der am nächsten zum Holz befindlichen Seite des Messerkopfes geschieht, welcher als eigendlicher Schneidebereich angesehen werden kann. Der grösste Teil der Schnittbreite des Messerkopfes fungiert dagegen als einen, wegen einer an Baumstämmen von Zeit zu Zeit erscheinenden Wurzelschwellung und wegen fehlerhafter Holzsteuerung, an sich erforderlichen Reserve- oder Hilfsbsreich, dessen abspante Holzquantität jedoch so klein ist, dass deren Wirkung auf die Durchschnittsqualität der Hackspäne fast bedeutungslos ist.

Hierdurch ist man zur vom Anmelder früher dargelegten Messerkopf lösung gekommen, wo der grosse Neigungswinkel der Hauptschneidekante der Messer und bei Bedarf, schmale Schneidebahnen nur im eigendlichen Schneidebereich und ein kleiner Neigungswinkel und verhältnismässig breite Schneidebahnen auf dem Hilfsbereich verwendet werden. In einem Messerkopf mit so kleinem Durchmesser, kann wieder eine so grosse Drehzahl verwendet werden, dass sogar beim Streben nach einer grossen Vorschub-

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geschwindigkeit, selten mehr als 2 Messer auf einer Schneidebahn benötigt werden. Auf dem, am nächsten zum Holz liegenden Schlichtbahn ist es jedoch, abhängig von der Holzqualität und von auf der Qualität der Oberfläche gestellten Forderungen zweckmässig, vier oder sechs Messer zu benutzen. Als vorteilhafte Schneidebahnzahl hat sich ihrerseits auf einem schmalen, eigendlichen Schneidebereich 2 bis 5 und sehr zweckmässig 3 und auf einem breiten Hilfsbereich 1 bis 3, zweckmässig 2, erwiesen.

Auch wenn sich die beschriebene Messerkopf lösung in der Praxis als sehr zweckmässig erwiesen hat, führten die fortgesetzten Untersuchungen der Messerkopf konstruktion zu neuen, noch wichtigeren Verbesserungseinsichten. Die Einteilung der Schnittbreite des Messerkopfes in einen eigendlichen Schneidebereich und einen Hilfsbereich, zeigte sich noch bedeutungsvoller als vorhin beschrieben worden ist. Zusätzliche Vorteile werden dadurch erreicht, dass alle Messer der inneren Schneidebahnen, welche sich innerhalb der, vom Holz aus betrachtet nächstliegenden eigendlichen Schnittbereich befinden, deren Breite etwa B bis 25 %, vorteilhaft etwa 15 % der totalen Schnittbreite beträgt, an einer Scheibe oder einem Ring angeordnet sind, welche leicht lösbar an dem, die Messer der äusseren Schneidebahnen tragendem Grundkörper befestigt ist.

Durch Befestigung der Messer des eigendlichen Schneidebereiches an einer Schneidescheibe oder einem Schneidering, welche von dem übrigen Messerkopf leicht lösbar und auswechselbar sind, wird die Pflege des Messerkopfes leicht und einfach und die Produktionsabbrüche wegen Schärfung der Messer oder wegen etwaiger Messerbeschädigung sehr kurz. Die zuerst stumpf werdenden Messer des eigendlichen Schneidebereiches können jetzt zwecks Schärfung ausserhalb der Maschine ausgewechselt werden und nur einige, wenig bearbeitende Messer des Hi Ifsbereiches müssen

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in der Bearbeitungsmaschine selbst ausgewechselt werden.

Als einen neuen, unvorhergesehenen, aber in der Praxis ausschlaggebenden Vorteil erwies sich ausserdem die Möglichkeit, in jedem dearbeitungsfall einen, hinsichtlich der Hackspanqualität oder der Oberflächengüte meist zweckmässigen Schneidering zu verwenden. Durch einen Austausch eines, fast die ganze Abspanung ausführenden Schneideringes wird praktisch gesehen dieselbe Wirkung erzielt wie durch einen neuen Aufbau und einen komplizierten Austausch des ganzen teuren Messerkopfes.

Trotzdem, dass diese Messerkopf konstruktion nun "fertig" zu sein schien , konnte sie noch durch eine fortgesetzte Untersuchungsarbeit und durch eine neue Einsicht ausschlaggebend nit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verbessert werden. Auch wenn die, die Messer belastenden Schnittkräfte Verhältmismdssig klein sind, können bei irgendeiner Störung unerwartet grosse delastungen auf die Messer gerichtet, werden ,welche geneigt sind vor allem schmale Schlichtmesser zu biegen oder zu zerstören. Ausserdem neigen Holzsplitter dazu, trotz der freien Abgangsmöglichkeit der Späne, an den Befestigungsstellen der Messer anzuhaften. Solche Schwierigkeiten sine in der Praxis in fast allen Messerköpfen vorhanden, vor allem in Fällen, wo als Schlichtmesser ein lösbares Kreissägeblatt oder -segmente verwendet werden. Im vorliegenden Falle konnten beide Schwierigkeiten völlig eliminiert werden, nachdem man eingesehen hatte, auf den, auf dem Schneidering in dem eigentlichen Schneidebereich lösbar befindlichen separaten Messern zu verzichten und den Schneidering mit daran befinclichen Messern oder "Zähnen" aus einem Stück, gemäss dem beigelegten Patentanspruch 2 herzustellen. Da alle Messer breiter sind als deren Schneidebahn, kann keine Biegung der Messer geschehen. Weite "Zahnlücken" verhindern ihrerseits die Verstopfung des Schneideringes völlig oder das Haften der Splitter an den Messern. Grundsätzlich kann

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ein einheitlicher Schneidering ganz aus gehärtetem Stahl hergestellt werden, aber es ist vorteilhafter, den Schneidering nebst darauf befindlichen Messern z.B. aus zähem Konstruktionsstah1 herzustellen, und gehärteten Schnellstahl, Hartnetall oder irgendein anderes Schneidematerial in bekannter.Weise nur auf dem eigendlichen Schneideteil der Messer als Schneidestücke anzuwenden. Der Schneideteil kann auch durch Schweissen aus z.U. Stellit hergestellt werden.

In dieser Form ist die Schneidescheibe oder der Schneidering der vorliegenden Erfindung gemäss im Aufbau deutlich und einfach, was die Herstellungskosten betrifft günstig und leicht zu pflegen.

Ferner ist es einfach, für verschiedene Gebrauchszwecke meist geeignete Schneideringe billig herzustellen, wo auch die totale Schnittbreite des Ringes wechseln kann.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Messerkopfes wird nachstehend anhand numerischer Beispiele und unter Hinweis auf die beigelegten Zeichnungen betrachtet.

Figur 1 stellt einen erfindungsgemässen, von der Holzvorschubrichtung gesehen linken Messerkopf von der Holzseite gesehen schematisch dar.

Figur 2 stellt den Messerkopf in Draufsicht dar,

Figur 3 stellt einen Messer des eigendlichen Schneidebereiches aus der Holzvorschubrichtung gesehen in natürlicher Grosse - längs der Schnittlinie III-III in den Figuren 1 und dar. Der Ring ist auch gedacht in Horisontallage geradegerichtet zu werden, wobei im Hintergrund auch die zwei darauffolgenden Messer sichtbar sind ,

Figur 4 stellt dieselbe Ringstelle wie im Figur 3, mit den dort befindlichen Messern, in Draufsicht dar,

Figur 5 stellt einen vom Messerkopf gelösten Schneidering mit der Figur 1 verglichen von entgegengesetzter Seite ge-

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sehen dar.

Figur 6 stellt einen zum Planschnitzeln vorgesehenen Stamm in Draufsicht aar ,

Figur 7 stellt denselben Stamm vom Zopfende gesehen dar,

Figur 8 stellt vom Zopfende aus gesehen in natürlichem Format (Verhältnis 1 zu 1) eine, aus dem in den obenerwähnten Figuren dargestellten Stamm längs der Linie A-A zu abspanende Seitensegment dar.

In den Figuren bezieht sich die Hinweisnummer 1 auf den Grundkörper des Messerkopfes und la auf einen dort befindlichen Zentrumflansch. Der Schneidering der eigentlichen Schneidebahn mit vier Schlichtmessern 2a und zwei Messern 2b und 2c ist mit der Nummer 2 bezeichnet. Die Messer des Hilfsbereiches sind mit den Nummern 3d und 4e bezeichnet, welche in geeigneter Weise an den entsprechenden Messerarmen 3 und 4 lösbar befestigt sind. Die Zahl der Schlichtmesser 2a ist somit in diesem Falle doppelt so gross wie die Zahl der übrigen Messer und sie schneiden somit um die Hälfte kürzere Spänen, z.B. 12 mm, wenn die Spänenlänge der übrigen Messer in Holzfaserrichtung 24 mm beträgt.

Der Messerkopf ist z.U. mit der Hilfe die Messerarme 3 und 4 und den Flansch la durchdringender Bolzen zusammengestellt, welche auf den Figuren nicht dargestellt sind. An dieser Kombination ist wieder mit anderen Bolzen der Schneidering 2 leicht abnehmbar befestigt.

Mit der Nummer 6 ist ein Stamm bezeichnet, welcher mit der Geschwindigkeit u gegen den Messerkopf verschoben wird. Mit der Nummer 5 ist die Welle des Messerkopfes bezeichnet, welche wesentlich senkrecht zur Vorschubrichtung u liegt i/>d in Wellenrichtung bewegbar ist.

Wie aus den Figuren 1 bis 5 deutlich hervorgeht, ist der Schneidering 2 mit darauf befindlichen Messern oder "Zähnen" 2a, 2b und 2c aus einem einzigen Stück hergestellt. Die auf den

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Figuren abgedunkelt ersichtlichen eigendlichen Schneideteile der Messer sind an den Messern z.B. durch Löten befestigte Schneidestücke.

In den Figuren 3 und 4 ist das Messer 2c in natürlichem Format dargestellt. In den Figuren ist S₁ eine oie Holzfaser abschneidende Hauptschneidekante des Messers, S„ eine, in der Schneideebene liegende, die Holzfaser abtrennende Schlichtkante und k der Neigungswinkel der Hauptschneidekante S,.

In den Figuren 3 und 4, wo die Abstufung der nacheinander schneidenden Messer 2c und 2b und des Schlichtmessers 2a in der Richtung des Messerkopfradius und in der Wellenrichtung des Messerkopfes ersichtlich sind, sind zusätzlich die Schneidebahnen der Messer bezeichnet worden. Die Breite der Bahnen a und b ist in diesem Fall 5 mm, der Schneidebahn c = ID mm und die Breite des ganzen eigendlichen Schneidebereiches f., beträgt somit = 20 mm. Die Messer selbst sind breiter als ihre Schneidebahnen.

In dem gezeichneten Beispiel, welches vorgesehen ist, den Inhalt der Erfindung zu erläu ern, beträgt die totale Schnittbreite des Messerkopfes f = 130 mm und des Hi Ifsbereiches f„ somit 110 mm und dessen Schneidebahnen d und e ,jede 55 mm.

Die Nützlichkeit einer solchen Konstruktion wird durch umfangreiche Computerberechnungen bestätigt, von denen die Figuren B bis 8 ein repräsentatives Rechenbeispiel veranschaulichen, wo aus einem, eine durchschnittliche Konizität repräsentierenden Stamm B mit einem oben beschriebenen verhältnismässig schmalen (f = 130 mm) Messerkopf ein durchschnittliches Seitensegment Ba abgeschnitten wird. Bei der Computeruntersuchung ist ein Stamm, dessen Länge 1 = 4500 mm beträgt, als einen matematischen abgestumpften Kegel angesehen worden, dessen Zopfdurchmesser d, = 200 mm und Wurzeldurchmesser d_? = 230 mm beträgt. Wenn die Dicke des abzuschneidenden Seitensegments Ba beim Zopf 10 mm und am Wurzelende somit 25 mm beträgt, repräsentiert dieses Segment etwa 4,5 % von dem totalen Blockvolumen.

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In der Figur θ ist ausserdem die prozentuale Verteilung des Volumens V des Segments 6a über 5 mm dicke Lamellen dargestellt worden, wobei schon vier auf der Holzseite befindliche Lamellen 6,-6 98 % des totalen Volumens des Seiten-

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segments entsprechen. Für den Hilfsbereich wurden somit in diesem Fall nur etwa 2 % von dem Volumen des Segments abzuschneiden zurückbleiben. Die in diesem Fall verwendete und gut ausreichende Breite 20 mm des eigendlichen Schneidebereiches f, beträgt nur 15,4 % der totalen Schnittbreite des Messerkopfes f = 130 mm.

Die Schnittbreite f, des eigendlichen Schneidebereiches und ebenso des lösbaren Schneideringes, gleichwie die Schnittbreite f des ganzen Messerkopfes und das gegenseitige Verhältnis dieser Breiten können natürlich, von dem Verwendungszweck des Messerkopfes abhängig, in verschiedenen Fällen variieren. Wenn man sich z.B. beim Planschnitzeln damit begnügt, nur 90 % von dem abzuschneidenden Segment mit lösbarem Schneidering zu bearbeiten, kommt man zu einem verhältnismässig schmalen und leichten Schneidering.

Andererseits kann es z.U. in einem kleinen Messerkopf, welcher bei der Besäumung verwendet wird, zweckmässig sein, einen etwas breiteren Schneidering zu benutzen.

Die Schnittbreite f des Schneideringes beträgt immer nur einen kleinen Bruchteil, etwa B bis 25 % von der totalen Schnittbreite f des Messerkopfes. Die im oben beschriebenen Beispiel benutzte f,-Breite von etwa 15 \ von der totalen Schnittbreite f des Messerkopfes, dürfte meistens sehr günstig sein und die erwähnte Prozentzahl 15 gibt somit ein gutes Bild von der Grössenordnung der Schnittbreite des Schneideringes.

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Claims (4)

1. Patentansprüche:

   /"Χ

   f IJ Messerkopf für z.B. eine Maschine zum Planschnitzeln

   oder für einen Besäumungsfraser, welcher Messerkopf aus einer zur Holzvorschubrichtung wesentlich senkrechten Rotationswelle (5), einem der Rotationswelle angeordneten Grundkörper (1) und an dem Grundkörper befestigten Schneidemessern (2a, 2b, 2c, 3d und 4e) besteht, welche so angeordnet sind, dass einige parallel verlaufende Schneidebahnen Ca-e) entstehen , deren Durchmesser van dem zu bearbeitenden Holz (B) weg zunehmen und deren Messer so nacheinander abgestuft sind, dass die bchneidemesser je eines äusseren, mit grösserem Durchmesser versehenen Schneidebahnes immer früher als die Schneidemesser Des nächst liegenden inneren Schneidebahnes schneiden, dadurch gekennzeichnet, dass alle Messer (2a-2c) der inneren Schneidebahnen (a-c), welche sich innerhalb der, vom Holz (6) aus betrachtet nächstliegenden eigendlichen Schnittbereich befinden, deren Breite etwa 8 bis 25 %, vorteilhaft etwa 15 % der totalen Schnittbreite (f) beträgt, an einer Scheibe oder einem Ring (2) angeordnet sind, welche leicht lösbar an dem, die Messer (3d, 4e) der äusseren Schneidebahnen (d, e) tragendem Grundkörper (1) befestigt ist.
2. 2. Messerkopf gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an einer leicht lösbaren Scheibe oder einem Ring (2) angeordneten Messer (2a-2c) einstückig mit der Scheibe oder dem Ring ausgebildet sind.
3. 3. Messerkopf gemäss Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, cass an den Messern in an sich bekannter Weise aus einem geeigneten Schneidematerial hergestellte Schneidestücke befestigt sind.
4. 4. Messerkopf gemäss einem der bevorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl

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   ORIGINAL JNSPECTlD

   der inneren iSchneidebahnen (a-c) 2 bis 5, vorteilhaft 3 und der äusseren Schneidebahnen (d, e) 1 bis 3, vorteilhaft 2 ist.

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