DE3804400A1 - Vorrichtung zum erzeugen einer mehrzahl von parallelen schnittfugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der gleichzeitig eine Mehrzahl von parallelen Schnittfugen erzeugt werden kann, insbesondere eine Parallel-Kreissäge, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei kreisscheibenförmigen Werkzeugen wie Kreissägeblättern, Trennscheiben und dergleichen entstehen durch die Schnittarbeit an der äußeren Stirnseite des Werkzeugblatts aber auch durch die Reibung zwischen dem Schnittgut und den Seitenflächen des Werkzeugblatts teils gravierende Peripherieerwärmungen. Die Temperaturdifferenzen zwischen Außenkranz und Zentrum erzeugen Spannungen und Deformierungen bis hin zur Wellenformbildung.

Nach dem Stand der Technik wird versucht, dem dadurch abzuhelfen, daß die Stärke des Werkzeugblatts überhöht wird. Dies führt dazu, daß die Breite der Schnittfugen entsprechend groß wird, wobei die Wellenformbildung zu einer weiteren Schnittfugenverbreiterung führt. Die Folge sind unnötig hohe Materialverluste beim Schnittgut. Beim Zersägen eines Baumstamms in der Sägerei wird also unnötig viel Sägemehl auf Kosten der eigentlich erwünschten Bretterzahl erzeugt.

Weiterhin ist bekannt, aus den Werkzeugblättern Löcher, Schlitze oder ganze Felder auszusparen. Dadurch erhält das Werkzeugblatt zwar die Möglichkeit, sich den Temperaturverhältnissen entsprechend regional auszudehnen; gleichzeitig wird das Werkzeugblatt jedoch labil und die Fixierung im Zentrum wird verschlechtert.

Eine weitere Methode ist das sogenannte Thermostreß-Verfahren. Hier wird durch Erwärmung des Innenbereichs des Werkzeugblattes in diesem eine nach außen gerichtete Druckspannung erzeugt. Dadurch kann der Zentrumsbereich des Werkzeugblatts die thermisch bedingte Umfangsvergrößerung des Außenkranzes mitmachen. Nachteilig hierbei ist, daß sich der Außenkranz schneller abkühlt als der Innenbereich und deshalb leicht überdehnt wird.

Wieder andere Lösungen schlagen vor, die Außenkontur der Antriebswelle und die Kontur der Innenöffnung des Werkzeugblatts mit einander entsprechenden Konturen zu versehen, so daß beim Drehen der Antriebswelle Schiebekräfte auf das Werkzeugblatt ausgeübt werden. Es ist jedoch nicht ganz einfach, Antriebswelle und Werkzeugblattinnenbohrung mit einander möglichst exakt entsprechenden Erhebungen auszurüsten. Auch ist die entstehende radiale Druckkraftkomponente abhängig von der Steigung der Erhebungen und dem Bremsmoment zwischen Werkzeugblatt und Schnittgut.

Da mit dem soeben beschriebenen rein mechanisch arbeitenden System gleichmäßig verteilte Drücke nach außen nicht realisierbar sein sollen, schlägt die EP-A-02 11 423 vor, auf der Antriebswelle eine Vielzahl von hydraulischen, radial gerichteten Kolben vorzusehen, die in Abhängigkeit von der Erwärmung des Außenkranzes des Werkzeugblattes mehr oder weniger weit ausgefahren werden. Dabei ist das Werkzeugblatt als Außenkranz mit einer Reihe von Speichen ausgebildet. Bei korrekter Regelung der Hydraulikkolben wird im Außenkranz unabhängig von der momentanen Erwärmung immer die erwünschte Zugspannung aufrechterhalten, die den Außenkranz völlig eben hält.

Problematisch ist jedoch die korrekte Regelung der Hydraulikkolben. Schwierigkeiten entstehen insbesondere beim Wiedererkalten des Außenrings des Werkzeugblattes. Die Unterschiede zwischen dem Dehnungs- und dem Schrumpfungsverhalten führen im übrigen auch dazu, daß bei herkömmlichen Werkzeugblättern mit eingewalzter oder eingehämmerter Innenspannung eine geometrisch plangerechte Rückstellung nicht möglich ist. Bei diesen Werkzeugblättern treten ebenso unerwünschte Deformationen beim Abkühlen auf.

Wie die vorstehend genannte EP-A-02 11 423 zeigt, ist die dort beschriebene Lösung nur dann anwendbar, wenn ein einziges Werkzeugblatt auf der Antriebswelle montiert ist. Damit ist diese Konstruktion für Sägewerke nicht immer wirtschaftlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das rein mechanisch arbeitende System, bei dem durch Profilierung der Antriebswelle, und der Innenbohrung des Werkzeugblatts die erforderlichen Radialkräfte erzeugt werden, dahingehend weiterzubilden, daß die Umwandlung der vom Drehmoment erzeugten Tangentialkräfte in die Radialkräfte verbessert, die Profilierung vereinfacht, die Zentrumsführung verbessert und die Druckverteilung vergleichmäßigt wird, so daß weder beim Erwärmen noch beim Abkühlen des Werkzeugblattes im Außenbereich Deformierungen auftreten, wobei die Konstruktion auch dann anwendbar sein soll, wenn eine Mehrzahl von Werkzeugblättern mit Abstand nebeneinander auf einer Antriebswelle befestigt wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Damit ergeben sich die Vorteile, daß während des Arbeitsvorgangs Radialkräfte ausreichender Größe bereitgestellt werden, die im Außenkranz des Werkzeugblattes die nötige Zugspannung erzeugen, und zwar durch die Zentrifugalkräfte der Sektoren, die nur durch Schlitze getrennt sind, als auch durch die über die Spannkeile in Radialkräfte umgewandelten Tangentialkräfte, die für eine gerade und schmale Schnittführung erforderlich ist, daß diese Radialkräfte im selben Maß anwachsen wie die für die Erwärmung des Außenkranzes verantwortliche Reibkraft zwischen Werkzeugblatt und Schnittgut, daß nach Beendigung des Schneidevorgangs die Radialkräfte jedoch restlos abgebaut werden, so daß sich das Werkzeugblatt wieder vollständig entspannen kann, daß sowohl das Zentrieren des Werkzeugblattes auf der Welle als auch die Umwandlung der Tangentialkräfte in die Radialkräfte durch gesondert herzustellende Spannkeile bewirkt wird, die einfach gefertigt und bei Bedarf gegen kleinere oder größere Spannkeile ausgetauscht werden können, und daß die Beilageringscheiben die Werkzeugblätter zwar seitlich stützen und fixieren, die thermisch bedingten Ausgleichsvorgänge jedoch nicht behindern.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die miteinander in Wirkverbindung stehenden Oberflächen von Antriebswelle, Spannkeil und/oder Werkzeugblatt mit einem Material mit geringem Reibungskoeffizienten, vorzugsweise Polytetrafluorethylen, beschichtet. Dadurch löst sich die Keilwirkung auch schon bei relativ kleinen Keilwinkeln selbsttätig, sobald der Schnittvorgang beendet ist. Der tatsächliche Keilwinkel kann dann praktisch ausschließlich nach den erforderlichen Radialkräften ausgelegt werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die radialen Schlitze, die das Werkzeugblatt in die Sektoren einteilen, bis in den Bereich mit dem größten Wärmegradienten geführt. Dadurch können die Wärmespannungen optimal abgebaut werden.

Um die thermisch bedingten Abweichungen der Außenkontur des Werkzeugblattes von der Kreisform zu reduzieren, kann das Werkzeugblatt im Bereich jedes Sektors mit kreissektorförmigen Schlitzen versehen werden. Vorzugsweise sind die Enden dieser Schlitze zusätzlich radial abgewinkelt, um einen noch besseren Kraftverlauf zu bewirken.

Während bei der relativ einfachen Ausführung der Erfindung mit Spannkeilen, deren Kontur an die Kontur der Innenöffnung des Werkzeugblatts bzw. die Außenkontur der Antriebswelle angepaßt ist, noch relativ hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Profilgebung erforderlich sind, um ungleichmäßige Druckkräfte und eine Fehlzentrierung zu verhindern, ist dies bei einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 5 nicht mehr der Fall. Durch die spezielle Formgebung der Lagerstelle zwischen Schuh und Innenöffnung des Werkzeugblattes werden Fertigungstoleranzen ohne Nachteil für den Kräfteverlauf dadurch ausgeglichen, daß sich der Schuh gegenüber dem Werkzeugblatt leicht verdreht. Die Schuhe selbst stützen sich mit einer relativ großen Oberfläche auf der Antriebswelle ab, so daß die Flächenpressung entsprechend verringert ist, was die Abnutzung der Wellenoberfläche reduziert. Die Seitenführung des Werkzeugblatts im Zentrumsbereich wird zum einen dadurch gewährleistet, daß die halbkreisförmigen Vorsprünge in Nuten der Schuhe geführt sind, und zum anderen durch die Beilageringscheiben, die an den Seitenflächen des Werkzeugblattes anliegen, ohne die thermisch und mechanisch bedingten Ausgleichsbewegungen zu behindern.

Da die Beilageringscheiben mit der Antriebswelle drehfest verbunden sind, sind die Relativbewegungen zwischen Werkzeugblatt und Beilageringscheiben minimal.

Da das Werkzeugblatt gegenüber der Antriebswelle prinzipiell frei verdrehbar ist, können im Betrieb grundsätzlich Drehschwingungen auftreten, insbesondere dann, wenn das Werkzeugblatt ein Sägeblatt ist, noch dazu mit einer relativ groben Zahnung. Um diese Drehschwingungen zu dämpfen, sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die an den Werkzeugblättern anliegenden Oberflächen der Beilageringscheiben mit einem schwingungsdämpfenden Material beschichtet oder präpariert.

Um die Beilageringscheiben drehfest, aber auswechselbar auf der Antriebswelle zu fixieren, können die Beilageringscheiben mit radialen Speichen versehen sein, deren Enden in entsprechend profilierte Längsnuten in der Antriebswelle eingreifen.

Eine weitere Vereinfachung läßt sich erreichen, wenn auf der Antriebswelle ein Profilring lösbar befestigt wird, dessen Außenfläche spiralig profiliert ist, wobei zum Halten des Werkzeugblattes am Profilring vorn und hinten je eine Beilageringscheibe lösbar befestigt ist.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform,

Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Ausführungsform der Fig. 2 entlang der Schnittlinie III-III,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform und

Fig. 5 einen Schnitt durch die Ausführungsform der Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Werkzeugblatt 1 mit einer Innenöffnung 5, aufgesetzt auf eine zentrale Antriebswelle 2. Das Werkzeugblatt 1 ist durch radiale Schlitze 4 begrenzter Länge in drei Sektoren unterteilt. Im Bereich jedes Sektors sind zusätzlich kreissektorförmige Schlitze 7 eingearbeitet, die es dem thermisch belasteten Außenkranz des Werkzeugblattes 1 erlauben, sich unabhängig vom Zentrumsbereich auszudehnen und zusammenzuziehen.

Im Bereich jedes Sektors ist die Innenöffnung 5 des Werkzeugblattes 1 spiralförmig profiliert. Zwischen Werkzeugblatt 1 und Antriebswelle 2 sind Spannkeile 6 eingesetzt, die mit der Antriebswelle 2 drehfest aber lösbar verbunden sind. Sobald die Antriebswelle 2 im Pfeilsinn rotiert, werden die Spannkeile 6 gegenüber dem Werkzeugblatt 1 verdreht. Dadurch entstehen die Radialkräfte, die das Zentrum des Werkzeugblatts 1 so lange nach außen schieben, bis der durch die Erwärmung sich verlängernde Außenkranz des Werkzeugblattes 1 wieder gespannt ist, und die darin aufgebauten Zugspannungen das Blatt eben halten. Ein Überspannen kann durch geeignete Auswahl des Keilwinkels verhindert werden. Unterstützt wird dieses Spannen des Außenkranzes noch durch die in den Sektoren erzeugten Zentrifugalkräfte, wenn wie hier dargestellt, die Sektoren möglichst viel Masse besitzen, die Radialfugen also recht schmal gehalten sind.

Um die Keilverbindungen selbstlösend zu machen, muß der Keilwinkel ausreichend groß sein. Der Freiheitsgrad der Konstruktion läßt sich jedoch dadurch erhöhen, daß die miteinander in Wirkverbindung stehenden Flächen von Werkzeugblatt 1, Klemmkeil 6 und/oder Antriebswelle 2 mit einem Material mit geringem Reibungskoeffizienten beschichtet werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Werkzeugblatt 1 durch radiale Schlitze 4 in insgesamt sechs Sektoren unterteilt ist. Bei einer genügend großen Anzahl von Sektoren können die in Fig. 1 dargestellten kreissektorförmigen Schlitze 7 entfallen.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Außenkontur der Antriebswelle 2 spiralförmig profiliert, wobei die Zahl der Erhebungen 8 der Zahl der Sektoren entspricht. Auf die Erhebungen 8 sind Spannkeile in Form von Schuhen 9 aufgesetzt. Diese Schuhe 9 sind breiter als das Werkzeugblatt 1. Die Innenöffnung 5 des Werkzeugblattes 1 ist mit etwa halbkreisförmigen Erhöhungen 10 versehen. Diese sind in entsprechend ausgeformte Nuten in den Schuhen 9 eingesetzt. Dadurch wird das Werkzeugblatt 1 im Zentrumsbereich seitlich geführt. Gleichzeitig bleibt jedoch eine Kippbeweglichkeit zwischen Schuh 9 und Werkzeugblatt 1 erhalten. Die Schuhe 9 können sich deshalb frei einstellen. Dadurch werden die von der sich drehenden Antriebswelle 2 über die spiralig konturierten Erhebungen 8 auf die Schuhe 9 und von diesen auf das Werkzeugblatt 1 übertragenen Radial­ und Tangentialkräfte vergleichmäßigt. Die Bearbeitung der verschiedenen Teile kann daher mit geringerer Genauigkeit erfolgen, ohne daß die Brauchbarkeit darunter leidet. So kann beispielsweise statt einer spiralförmigen Profilierung ohne Nachteile eine kreisförmige gewählt werden.

Beilageringscheiben 3′ stützen zusätzlich das Werkzeugblatt 1 im Zentrumsbereich auf beiden Seiten. Sie sind mit Hilfe von radialen Speichen 11, die in entsprechend geformte Längsnuten 12 der Antriebswelle 2 eingreifen, drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden. Dadurch sind die Relativbewegungen zwischen den Beilageringscheiben 3′ und dem Werkzeugblatt 1 minimal.

Fig. 3 zeigt im Schnitt, wie eine Mehrzahl von Werkzeugblättern 1 mit den Schuhen 9 und den Beilageringscheiben 3 auf der Antriebswelle 2 aufgereiht wird. Die Beilageringscheiben 3 sind an den Oberflächen, die sich an die Seitenflächen der Werkzeugplatte 1 anlegen, mit einer Beschichtung 13 versehen, die schwingungsdämpfend wirkt, ohne die thermisch und mechanisch bedingten Bewegungen der Werkzeugblätter 1 zu behindern. Die miteinander in Wirkverbindung stehenden Oberflächen der Antriebswelle 2, der Schuhe 9, der Beilageringscheiben 3′ bzw. deren radiale Speichen 11 und gegebenenfalls der halbkreisförmigen Ausformungen 10 der Werkzeugblätter 1 sind dagegen mit einer Beschichtung 14 versehen, die einen möglichst geringen Reibungskoeffizienten gewährleistet, beispielsweise mit Polytetrafluorethylen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen in Aufsicht bzw. Schnitt eine weitere Vereinfachung der Konstruktion im Bereich der Antriebswelle 2. Diese kann ohne Profilierung ausgeführt werden. Auf die Welle 2 werden Profilringe 15 mit Keilen 16 lösbar befestigt, deren Außenseite die gewünschte Profilierung tragen. Beilageringscheiben 17 zum Halten des Werkzeugblatts sind vorn und hinten am Profilring 15 lösbar befestigt, beispielsweise mittels Schrauben 18.

Claims (10)

1. Vorrichtung, um gleichzeitig eine Mehrzahl von parallelen Schnittfugen zu erzeugen, enthaltend eine Antriebswelle (2), auf der eine Mehrzahl von kreisscheibenförmigen Werkzeugen (1) mittels Beilageringscheiben (3) mit gegenseitigem Abstand drehfest und auswechselbar befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugblatt (1) durch radiale Schlitze (4) begrenzter Länge in wenigstens drei Sektoren unterteilt ist, daß die Oberfläche der Antriebswelle (2) und/oder die Zentrumsöffnung (5) des Werkzeugblatts (1) im Bereich jedes Sektors spiralig profiliert ist, daß zwischen Antriebswelle (2) und Werkzeugblatt (1) Spannkeile (6) eingelegt sind, daß Profilform und Profilwinkel bezüglich der Reibungskoeffizienten zwischen Spannkeil (6), Antriebswelle (2) und Werkzeugblatt (1) so abgestimmt sind, daß sie selbstlösend sind, und daß die Beilageringscheiben (3) das Werkzeugblatt (1) im Bereich der Spannkeile (6) seitlich stützen, ohne das Spannen und Entspannen zu behindern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander in Wirkverbindung stehenden Oberflächen von Antriebswelle (2), Spannkeil (6) und/oder Werkzeugblatt (1) mit einem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten, vorzugsweise Polytetrafluorethylen, beschichtet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Schlitze (4) bis in den Bereich des Werkzeugblatts (1) mit dem größten Wärmegradienten geführt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugblatt (1) im Bereich jedes Sektors mit kreissektorförmigen Schlitzen (7) versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (7′) der kreissektorförmigen Schlitze (7) in radialer Richtung abgewinkelt sind.

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (1) eine der Sektorenzahl entsprechende Zahl von spiralig profilierten Erhöhungen (8) besitzt, daß die Spannkeile als Schuhe (9) ausgebildet sind, die breiter sind als das Werkzeugblatt (1) und eine Nut aufweisen, daß das Werkzeugblatt (1) im Bereich der Innenöffnung (5) etwa halbkreisförmige Vorsprünge (10) besitzt, die in die entsprechend ausgeformten Nuten der Schuhe (9) so einsetzbar sind, daß Schuh (9) und Werkzeugblatt (1) zueinander kippbeweglich sind, und daß die Beilageringscheiben (3′) drehfest auf der Antriebswelle (2) montiert sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schuhe (9) mittels Haltestift unverlierbar am Werkzeugblatt (1) befestigt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beilageringscheiben (3′) radiale Speichen (11) besitzen, die in Längsnuten (12) der Antriebswelle (2) eingreifen.

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Beilageringscheiben (3′), die an den Werkzeugblättern (1) anliegen, mit einem schwingungsdämpfenden Material (13) beschichtet sind.

10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Antriebswelle (2) ein Profilring (15) lösbar befestigt ist, dessen Außenfläche spiralig profiliert ist, und daß an dem Profilring (15) vorn und hinten je eine Beilageringscheibe (17) lösbar befestigt ist.