DE3433461A1 - Vorrichtung an einer baumschaelmaschine - Google Patents

Description

, 3, Dr. Ing.M.Held

Patentanwälte ■ Lange StraBe 51 · D-7000 Stuttgart 1

11. September 1984 Sc P 6929

WALLER INNOVATION AB. Faluvägen 22, S-813 00 HOFORS (Schweden) "Vorrichtung an einer Bautnschälmaschine"

Beanspruchte Priorität der schwedischen Patentanmeldung "84 011 78-2 vorn 2. März 1984.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung an einer Höhlrotorschälmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Förderung an eine in einer derartigen Vorrichtung verwendeten Feder besteht darin, daß sie eine sehr geringe eigene Dämpfung hat, das heißt, daß sie keine merkbare Hysterese aufweisen soll. Außerdem soll eine derartige Feder vorzugsweise geringe Abmessungen und einstellbare Federcharakteristiken haben. F.ine geringe eigene Dämpfung ist erforderlich, um den Sehälwerkzeugen, welche bei bisher bekannten Bauforirien mit einer scharfen Schneide zur Entfernung der Rinde versehen sind, zu ermöglichen, den äußeren, häufig sehr unregelmäßigen Konturen eines Stammes zu folgen ohne zu springen, und um den Anpreßdruck oder Sehne idem I ruck bei wechselnden aber ähnlichen Abmessungen im wesentlichen konstant zu halten, sowohl wenn die Feder gespannt als auch entspannt ist. Die obengenannte F.instellbarkeit der Federcharakreristiken ist erforderlich, um die Schneide des Schälwerkzeuges gegen die Stamrnoberfläche mit einem vorgegebenen Druck pressen zu

Telefon (0711) 29 6310 u. 29 72 95 Postscheck Stuttgart (BLZ 600100 70) 448 42 - 704 Telefonische Auskünfte und Aufträge sind

Telex 7 22 312 (patwo d) Deutsche Bank Stuttgart (BLZ 600 700 70) 1167485 nur nach schriftlicher Bestätigung verbindlich.

- 4 - 11. September 1984 Sc

P 6929

können, unabhängig von der Reihe von Stammabmessungen, für welche die Schälmaschine konstruiert ist, und um sie für verschiedene Rindenarten geeignet zu machen.

Zu diesem Zweck ist eine Anzahl unterschiedlicher Federeinrichtungen untersucht und in Gebrauch genommen worden. Bekannte Federeinrichtungen, die konstruiert wurden, um eine Kraft auf die genannten Schälwerkzeuge auszuüben, können in folgende Gruppen aufgeteilt werden:

1. Gummiriemen oder Schläuche;

2. Hydraulische Arbeitszylinder verbunden mit hydropneumatischen Speichern;

3. Stahlfedern; und

4. pneumatische Arbeitszylinder verbunden mit außerhalb der Schälmaschine angeordneten Druckluftquellen.

Federeinrichtungen, bei denen das Federelement Gummiriemen oder dgl. aufweist, haben eine sehr hohe eigene Dämpfung, Hysterese, und es ist mit derartigen Einrichtungen bei normalen Temperaturen abhängig von der Qualität des verwendeten Gummis möglich, dreißig bis fünfzig Prozent des Werkzeugschneiddruckes während des Übergangs des Werkzeuges von einer nach außen gerichteten Bewegung zu einer nach innen gerichteten Bewegung zu verlieren. Der Schneiddruck kann sogar vollkommen verloren gehen, wenn die Temperatur sehr niedrig ist. Dies heißt, daß die Werkzeugschneide vorübergehend den Kontakt mit der Oberfläche des Stammes infolge des Überfahrens eines Knotens, eines Ästchens oder beispielsweise einer anderen Oberflächenerhebung verlieren kann. Dies führt zu ungeschälten Flächen. Wenn die scharfe Werkzeugschneide wieder in Berührung mit der Stammoberfläche gebracht wird, ist die auf das Werkzeug übertragene Kraft so groß, daß die Schneide häufig die Rindenschicht durchdringt und in das darunter liegende Holz eindringt. Infolge des Winkels zwischen Werkzeuganstellung und Stammoberfläche wird bei der relativen Bewegung des Werkzeugs auf der Stammoberfläche eine abhebend gerichtete Kraft erzeugt, die das Werkzeug nach außen beschleunigt, wobei wieder das Werkzeug von der Stammoberfläche abgehoben wird, mit dem Ergebnis, daß ungeschälte Flächen verbleiben. Dieser Vorgang wiederholt sich laufend, wenn die Stammoberflächen unregelmäßig sind. Außer unbefriedigender Schälergebnisse werden die Stammoberflächen verletzt und große Mengen von Holz gehen verloren.

- 5 - 11. September 1984 Sc

P 6929 Trotz dieser Nachteile wurden solche Federeinrichtungen, beispielsweise solche nach der US-PS 2 786 459, bisher verwendet, weil andere Arten von Federeinrichtungen mit anderen und noch größeren Nachteilen behaftet sind. Um die Folgen der Hysterese so weit wie möglich zu verringern, ist es notwendig, die Schälmaschine mit niedrigen Geschwindigkeiten laufen zu lassen, wodurch ein vollständiger Schälvorgang viel Zeit braucht, und die Bearbeitungstasten entsprechend hoch sind.

Obwohl Federeinrichtungen auf der Grundlage von Stahlfedern eine geringe eigene Dämpfung, Hysterese, aufweisen und infolgedessen nicht mit hysteresebezogenen Problemen belastet sind, besteht ein schwerwiegender Nachteil von Stahlfedern, der ihren praktischen Einsatz verbietet, darin daß, um die erförderliche Federkraft zu bekommen, die Federn große Abmessungen erhalten müssen, was dazu führt, daß die Federeinrichtungen großen Einfluß auf die Zentrifugalkräfte haben, die beim Drehen des Rotors erzeugt werden, so daß im Ergebnis ein Bild entsteht, das ähnlich dc?-n ist, wie es durch die Hysterese verursacht wird.

Pneumatische Arbeitszylinder, bei denen ein Kolben in einem Zylindermantel verschiebbar ist, haben sehr geringe Eigendämpf ungseigenschaf ten und sind deshalb theoretisch gut als Federelemente von Schälmaschinen geeignet. Die Anwendung von pneumatischen Arbeitszylindern erfordert jedoch die Ausstattung mit einem Kompressor oder einer anderen Druckluftquelle. Da derartige Druckluftquellen verhältnismäßig sperrig sind und ein verhältnismäßig großes Gewicht aufweisen, können sie nicht am Rotor angebracht werden, sondern müssen außerhalb der Schälmaschine aufgestellt werden. Deshalb muß die Druckluft den Zylindern über Gleitkupplungen zugeführt werden, welche infolge der speziellen Konstruktion von Hohlrotormaschinen extrem große Abmessungen erhalten würden. Es ist vollkommen unmöglich, derartige Gleitkupplungen frei von Leckagen zu machen, weshalb es notwendig ist, mit einem verhältnismäßig niederen Druck zu arbeiten, womit Drücke von 6 bar oder weniger gemeint sind. Dieses Erfordernis mit niederen Drücken zu arbeiten, hat zur Folge, daß die Zylinder extrem große Durchmesser haben müssen und daß die Maschinen unnötig groß gemacht werden müssen, was zu noch teureren Maschinen führt. Die Verwendung eines separaten Kompressors verursacht höhere Investitionskosten und hohe Energiekosten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Federeinrichtung der obengenannten Art zu entwickeln, welche eine geringe eigene Dämpfung aufweist,

- 6 - 11. September 1984 &

P 6929

welche eine Federcharakteristik hat, mit der anstandslos die Kraftanforderungen beherrschbar sind, und welche geringe äußere Abmessungen aufweist.

Diese Aufgabe wird an einer Vorrichtung an einer Hohlrotorschälmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erfindungsgemäß gelöst.

Eine derartige Gasfeder hat praktisch keine Hysterese und kann infolgedessen vollständig allen Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des Stammes folgen und unabhängig vom Umfang dieser Unregelmäßigkeiten und unabhängig davon, ob die Werkzeuge sich in bezug auf das Zentrum des Rotors nach innen oder nach außen bewegen auf ein Schäl werkzeug einen konstanten oder nahezu konstanten Werkzeugdruck innerhalb einer vorbestimmten Abmessung übertragen. Ein wesentlicher Faktor ist, daß es möglich ist, mit extrem hohen Gasdrücken zu arbeiten, vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 60 bis 150 bar mit dem Vorteil kleiner Arbeitszylinder.

Bei der Gasfeder, deren Federcharakteristik nicht durch Zentrifugalkräfte beeinflußt wird, ist der Zylinder mit Gas gefüllt und es wird die Kraft an der Kolbenstange durch den Gasdruck, welcher im betrachteten Fall hoch ist, und den Kolbendurchmesser bestimmt. Weil der Gasdruck einer der die Kraft bestimmenden Paramter ist, kann die Werkzeugkraft wie erforderlich eingestellt werden, das heißt, in Übereinstimmung mit der Art der Rinde durch Änderung des Gasdrupkes in Zylinder geändert werden. Diese Gasdruckänderung kann dadurch erreicht werden, daß alle Zylinder vorübergehend mit einer externen Druckluftquelle verbindbar sind, die allen Zylindern zugeordnet ist. Hierdurch können die Gasfedern mit Gas eines vorgegebenen Druckes in einem einzigen Vorgang aufgeladen werden, so daß alle Schälwerkzeuge auf Stämme ähnlicher Abmessungen mit im wesentlichen gleichen Werkzeugdrücken gepreßt werden. Im Unterschied zu dem Fall mit bekannten Federeinrichtungen, die nur unter außerordentlichen Umständen genau die gleichen Kräfte auf alle Werkzeuge ausüben. Es ist ebenfalls möglich, den Druck in den einzelnen Zylindern auf eine bestimmte Höhe einzustellen.

Wie bereits erwähnt, hat eine Gasfeder, die mit den genannten Drücken arbeitet, kleine Abmessungen und kann infolgedessen problemlos in den Rotorteil der Schälmaschine bei vernünftigen Kosten eingebaut werden. Da keine Hysterese vorhanden ist oder in jedem Fall nur eine vernachlässigbar kleine Hysterese, können die Werk-

- 7 - 11. September 1984 Sc

P 6929 zeuge stetig der Oberfläche eines Stammes folgen und effektiv die Rinde von diesen

entfernen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Eine erfindungsgemäße Schälmaschine ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. leine vereinfachte Darstellung der wesentlichen Teile der Schälmaschine als Teilschnittansicht von der Stammeinführungsseite her;

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie H—II in Fig. 1;

Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung eines Teilschnittes der Gasfeder;

Fig. 4 eine Lagereinrichtung für eine Gasfeder;

Fig. 5 ein Diagramm, mit dem Hysteresen einer Gasfeder, die mit erfindungsgemäßem Druck arbeitet, und einer üblichen Gummifeder; und

Fig. 6 das Arbeiten eines Werkzeugs, für das die Werkzeugkraft durch eine Gurunifeder erzeugt wird.

In den Figuren 1 und 2 ist mit 1 ein Ringrotor bezeichnet, der in einem Lager 3 für die Rotation in einem Rahmen 2 angeordnet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Rotor 1 durch einen Motor (nicht dargestellt) mittels Riemen 4 angetrieben. Stämme 8 werden mittels Fördervorrichtungen oder anderen geeigneten Transportmitteln (nicht dargestellt) nacheinander in Längsrichtung durch das Zentrum des Rotors 1 geschoben. An den Rotor 1 sind eine Anzahl von Schäl werkzeugen 5 montiert (drei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel), die von schwenkbaren Armen 6 getragen werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Werkzeuge 5 abnehmbare Einsätze, die von den Armen 6 getragen werden. Die an den freien Enden der Arme 6 angeordneten Werkzeuge 5 sind stets zum Drehzentrum 7 des Rotors 1 hin gerichtet. Die Schälwerkzeuge 5 können jeglicher geeigneter Art sein, um die Rinde von den Stämmen 8 durch einen Sehne idvorgani» zu entfernen. Die verstellbaren Arme 6 sind derart ausgebildet, daß sie, wenn sie in

- 8 - 11. September 1984 Sc

P 6929 Berührung mit dem Ende eines hereinkommenden Stammes 8 gelangen, automatisch nach außen schwingen, indem sie über dieses Ende und auf die Oberfläche der Rinde gleiten. Die Arme 6 haben Zapfen 9, welche von Lagern 10 getragen werden, die am Rotor 1 angeordnet sind. Die Zapfen 9 sind mittels Hebel 11 miteinander verbunden, welche nach außen gerichtete Arme 12 haben. Jeder derartiger Arm 12 ist als Doppelarm ausgebildet und trägt einen Zapfen 13, auf welchem das Endstück 14 einer Kolbenstange 15 einer Gasfeder 16 drehbar angebracht ist. Die Gasfeder hat einen äußeren Zylinder 17, der von einem Lagergehäuse 28 umgeben ist, welches an eine mit dem Rotor verbundenen Platte 29 montiert ist und ein Lager 18 aufnimmt. Das Lager 18 hat zwei miteinander zusammenwirkende Lagerflächen 18a, 18b, die derart gestaltet sind, daß der Zylinder innerhalb eines konischen Rereiches schwenkbar ist. Um den Einfluß von Zentrifugalkräften so weit wie möglich zu beschränken, ist das schwenkbare Radiallager 18 möglichst nahe dem Schwerpunkt der Gasfeder 16 angeordnet und zwar mit Hilfe einer Ringmutter 30 (Fig. 4). Die Gasfeder 16, die bei der Firma Strömsholmens Mekaniska Verkstad AR, Tranas, Schweden hergestellt wird, ist stark vereinfacht in Figur 3 dargestellt. Wie dieser Figur entnehmbar, ist die Kolbenstange 15 mit einem Kolben 19 verbunden, der verschiebbar in dem gasdichten Zylinder 17 angeordnet ist. In bekannter Weise ist der Kolben 19 so angeordnet, daß Gas von einer der Kammern 20, 21 zur anderen Kammer 21, 20 strömen kann, die durch die obere bzw. untere Kolbenfläche begrenzt sind, so daß die Kammern unter dem gleichen Druck stehen. Die Verbindung zwischen den Kammern 20 und 21 wird durch einen Kanal 22 im Kolben 19 erreicht. Wie in der Beschreibungseinleitung erwähnt, ist die Kraft durch den im Zylinder herrschenden Gasdruck und durch den Querschnitt der Kolbenstange bestim-nt. Die Kraft der Gasfeder kann durch Verändern des Gasdruckes verändert werden, wobei als Gas beispielsweise Stickstoff oder entfeuchtete Luft dient. Die Federcharakteristik wird durch das Volumen der Kammern 20 und 21 und den Querschnitt der Kolbenstange 15 bestimmt.

Wie Figur 3 entnehmbar, ist jeder Zylinder 17 mit einem Ventil 23 ausgestattet, durch das eine Versorgung mit Gas von einer Gasquelle 26 her oder eine Entnahme aus dem Zylinder erfolgen kann, um hierdurch die Last auf die Kolbenstange zu ändern.

In Figur 5 ist der entsprechende Hysteresefaktor einer Gummifeder und einer der Erfindung entsprechenden Gasfeder dargestellt. Mit Hysterese ist hier die Kraftver-

- 9 —

- 9 - 11. September 1984 Sc

P 6929

zögerung gemeint, welche zwischen dem Entspannen oder Spannen der Federeinrichtung eintritt und welche auf dem eigenen Dämpfungsvermögen des Federmaterials beruht. Diese eigene Dämpfung hängt einerseits von der Temperatur des Federelementes und andererseits von der Qualität des Gummis ab, aus dem «lie Feder besteht. In Figur 5 ist die Spannung des Federelementes entlang dor X-Achse aufgetragen, wobei der Ursprung Null die kleinste Spannung und der Punkt W die maximale Spannung zeigen. Entlang der Y-Achse ist die statische Kraft dargestellt, die durch die Federeinrichtung entwickelt wird und von der kleinsten Kraft im Urspung Null bis zu einer maximalen Kraft K reicht. Der schraffierte Bereich A zeigt die vorübergehende Verringerung der Kraft einer Gummifeder während einer Entlastung der Feder und der karierte Bereich B zeigt die mögliche Veränderung die diese Verringerung der Kraft als Ergebnis der Qualitätsunterschiede des Gummimaterials bewirken kann. Es ist ersichtlich, daß die Hysterese einer Gummifeder zwischen dreißig und fünfzig Prozent der maximalen Kraft bei normalen Temperaturen variieren kann. Der Bereich B zeigt auch zusammen mit dem Rereich C den Unterschied von dreißig bis hundert Prozent der Kraftabnahme, die durch die Kraftverzögerung bei Temperaturen bewirkt wird, welche niedriger oder wesentlich niedriger als die Normaltemperaturen sind. In der Praxis bewirkt der Kraftvorzug hei niederen Temperaturen eine reine Kraft reduktion. Die Hysterese einer mit Druck arbeitenden Gasfeder entsprechend der Erfindung kann nur unter Schwierigkeiten gernessen werden und ist in dem Diagramm durch Δ bezeichnet.

Figur 6 stellt die eingangs erwähnten Probleme dar, die bei der Hysterese einer Federeinrichtung entstehen, welche Gummiriemen oder dgl. Federelemente umfassen kann. Der Pfeil R zeigt die Bewegungsrichtung des Rotors 1 an und damit der Werkzeuge 5 in bezug zu den Stämmen 8. Wenn das Werkzeug 5 eine erhöhte Oberfläche 30 auf dem Stamm 8 überfährt, bewirkt der Hysteresefaktor, daß der Schneidendruck des Werkzeugs 5 verhältnismäßig niedrig ist im Vergleich zu dem Schneidendruck auf der erhöhten Oberfläche 30, was heißt, daß der Bereich 31 nicht vollständig geschält wird. Sobald dann der Kraftverzug in dem Gummielement beendet ist, nimmt die Kraft an der Werkzeugschneide zu, so daß diese in das Holz eindringt, sobald sie die Oberfläche 30 berührt. Da das Werkzeug 5, wie bereits vorher erwähnt, gegen die Stammoberfläche unter einen Winkel **L anliegt, wird das Werkzeug bei einer Relativbewegung zwischen Stamm und Werkzeug abgehoben, so daß ein weiterer ungeschälter Bereich 33 entsteht. Die einzige Möglichkeit zur Vermeidung des Auftretens von nicht geschälten Oberflächen und zerstörtem Holz

- 10 -

- 10 - 11. September 1984

P 6929

ist, die Rotorgeschwindigkeit auf ein Minimum zu verringern, bei welchem Hysteresemängeln gegengewirkt werden kann. Dies würde jedoch zu einer unvernünftig niederen Schälkapazität führen.

Die erfindungsgemäße Federeinrichtung ermöglicht dem Werkzeug den Konturen eines Stammes gleichmäßig genau zu folgen und das Risiko vollständig zu vermeiden, daß das Werkzeug springt, indem jeder Gasfeder ein in der Größe vorher bestimmter Druck eingegeben wird. Praktische Versuche haben gezeigt, daß die Erfindung ermöglicht, den Rotor mit hoher Drehzahl anzutreiben, das heißt eine hohe Schälkapazität zu erzielen ohne das Risiko, daß die Werkzeuge in der in Figur 6 dargestellten Art oszillieren oder springen. Durch diese Oszillationen mit den bisher bekannten Federelementen, z.B. Gummifedern, treten nicht nur Verletzungen des Holzes auf, sondern diese führen auch zu einer schnellen Ermüdung der Werkzeugarme und ihrer Kraftübertragungsmittel und Aufhängungsmittel. Diese Nachteile werden ebenfalls bei der Erfindung eliminiert.

Claims (4)

^opeanPatentAttorneys Dr. Ing.M.Held Patentanwälte · Lange Strafte 51 ■ D-7000 Stuttgart 1 tei^Europlscherfpatentarnt 11. September 1984 Sc P 6929 WALLER INNOVATION AB, Faluvägen 22, S-813 00 -HOFORS (Schweden) Ansprüche

1. Vorrichtung an einer Hohlrotorschälmaschine, bei der Baumstämme (8) zur Schälung der Rinde durch den Hohlrotor (1) förderbar sind und die Rinde durch mehrere Schähverkzeuge (5) entfernbar ist, die um die. Raums ta "ne anordenbar sind und durch schwenkbare Arme (6) getragen werden, weiche durch Gasfedern (16) belastet sind, um die Schälworkzeuge (5) .kraftschlüssig zur Anlage an die Baumstämme zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Gasfedern unabhängig von einer externen Gasquelle arbeitet, einen Zylindermantel (17) mit darin verschiebbarem Kolben (19) aufweist, verstellbar an dem Rotor (1) gelagert und geeignet ist, mit einem Druck über 25 bar zu arbeiten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck vorzugsweise 60 bis 150 bar beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- 2 - ■

Telefon (0711) 29 6310 u. 29 72 95 Postscheck Stuttgart (BLZ 600100 70) 448 42 - 704 Telefonische Auskünfte und Aufträge sind

Telex 722312 (patwod) Deutsche Bank Stuttgart (BLZ 600 700 70) 1167485 nur nach schriftlicher Bestätigung verbindlich.

- 2 - 11. September 1984 Sc

P 6929 jede Gasfeder (16) im Rereich ihres Schwerpunktes von einem Lager (18) getragen wird, das der Gasfeder (16) ermöglicht, nach jeder Richtung zu schwenken.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gasfeder (16) ein Ventil (23) aufweist, das mit der Gasquelle (26) verbindbar ist und das zur Einstellung eines bestimmen Gasdruckes in der Gasfeder (16) dient.