DE4014424A1

DE4014424A1 - Rotationsschaelmaschine fuer baumstaemme

Info

Publication number: DE4014424A1
Application number: DE4014424A
Authority: DE
Inventors: Lorenzo Cremona
Original assignee: Angelo Cremona e Figlio SpA
Current assignee: Angelo Cremona e Figlio SpA
Priority date: 1989-05-05
Filing date: 1990-05-05
Publication date: 1990-11-29
Also published as: IT8921021V0; IT216559Z2; FR2646627B1; US5016692A; FR2646627A1

Description

Wie bekannt, ist eine Rotationsschälmaschine für Baumstämme eine Maschine, die durch Schneidwirkung von dem jeweiligen Stamm einen gleichmäßige und konstante Dicke aufweisenden und eine der Länge des Stammes entsprechende Breite besitzenden Streifen wegnimmt, wobei die Schneidwirkung von einer seit lich und parallel zum axial mittels Greifern zwischen rotie renden Futtern gehaltenen Stamm angeordneten Messerklinge aus geübt wird.

Der vom Stamm abgeschälte Holzstreifen wird zum Stabilisieren der Eindringbahn der Klinge in den Stamm zwischen der Spitze der Klinge und der Spitze einer hierzu parallelen Stange, eine sogenannte Druckstange, komprimiert. Die Wirkung der Stange und der Klinge hat in dem Bereich, in dem diese am Stamm anliegen, die Erzeugung einer Kraft F zur Folge, die am Stamm mit einer Richtung und Intensität angreift, die während des Schälvorgangs variiert.

Diese Kraft ist in eine horizontale Kraft, die zur Achse des Stammes hin gerichtet ist und prinzipiell auf der genannten Spankompressionswirkung beruht, und in eine vertikale Kraft zerlegbar, die nach oben gerichtet und prinzipiell sowohl auf den vom Holz entgegengesetzten statischen und dynamischen Wider stand sich deformieren zu lassen und auf der Klinge und der Druckstange zu gleiten als auch auf die Eindringkraft der Klinge, die ihrerseits von den physikalischen und geometrischen Eigenschaften der Klinge und des Holzes sowie vom Ausmaß der Spankompression abhängt, zurückzuführen ist.

Es ist deshalb ersichtlich, daß, bei Gleichheit der anderen Bedingungen, die vertikale Komponente stark mit der Umfangsge schwindigkeit des Stammes variiert und sich mit kleiner werden der Geschwindigkeit verringert.

Aufgrund bekannter Prinzipien der Mechanik ist die Kraft F äquivalent zu einer gleich großen parallelen Kraft, die an der Rotationsachse des Stammes angreift, und zu einem in ent gegengesetzter Richtung wie die genannte Rotation wirkenden Moment.

Während das Moment lediglich eine Torsionsverformung des Stammes hervorruft und somit seine Form und die Bedingungen der Wechsel wirkungen mit der Klinge unverändert läßt, ruft die längs der Achse des Stammes verteilte Kraft F an ihm eine Biegeverformung hervor, die die Bedingungen des Schälvorganges längs der Klinge zu verändern trachtet, was durch die unterschiedliche Entwicklung des zentralen Bereichs mit Bezug auf die seitlichen Bereiche erzeugte Ungleichmäßigkeiten der Dicke des abgeschälten Teils und seiner Rissigkeiten und Welligkeiten zur Folge hat.

Das Auftreten des Momentes M ist, obwohl es die Form des Stammes nicht verändert, jedoch die Ursache eines anderen Problems, speziell im Falle von schnellen und, um eine erhöhte Volumen leistung zu erhalten, zum Schälen von Stämmen bis auf einen sehr kleinen Kerndurchmesser (in der Größenordnung von 7-8 cm oder auch weniger) bestimmten Schälmaschinen. Aufgrund des kleinen Enddurchmessers des Stammes müssen auch die axialen Greifer einen gleich kleinen Durchmesser aufweisen, was zu Beginn des Abschälens mit sich bringt, daß die an ihnen wegen des Momentes M auftretende Kraftkonzentration derart erhöhte Werte erreicht, daß die Holzfestigkeit nicht mehr für eine Dreh mitnahme ausreicht.

Um solche Nachteile zu vermeiden, ist es in der Technik bekannt, an der der Klinge entgegengesetzten Seite des Stammes und an seinem obersten Bereich angreifende Widerstandsrollen vorzu sehen, d.h. längs der beiden Zerlegrichtungen, vertikal und horizontal, der Kraft F, um diesen entgegenzuwirken, und außer dem die oberen Rollen anzutreiben, um unmittelbar auf den Umfang des Stammes eine zusätzliche Drehmitnahmewirkung zu erzielen.

Eine solche Lösung bringt jedoch verschiedene Probleme mit sich, vor allem daß die vertikale Komponente der Kraft F, wie oben angedeutet, progressiv kleiner wird mit kleiner werdendem Durchmesser des Stammes, so daß die zur Verfügung stehende Reibung an den Mitnahmerollen merklich variiert und für eine korrekte Stammitnahme zu stark vermindert werden kann.

Man hat auch daran gedacht, die oberen Rollen zur Klinge hin zu versetzen, um zu versuchen, die Kraft F, zumindest teilweise, mit Hilfe der Mitnahmekraft solcher Rollen auszugleichen. Dies vergrößert jedoch den Winkel von 90° zwischen den oberen und den seitlichen Rollen und vermindert somit die Wirksamkeit der Beschränkung der Verbiegungen.

Das generelle Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden und eine Schälmaschine zu schaffen, die unabhängig von den Betriebsbedingungen der Maschine stets angepaßte Mittel zum Widerstehen der Verbiegung und zum Kompensieren der Drehmomente aufweist.

Im Hinblick auf dieses Ziel ist gemäß der Erfindung vorgesehen eine Rotationsschälmaschine für Stämme, mit einer Klingenhalter einheit, die zum seitlichen Annähern der Klinge auf die Achse des Stammes hin beweglich angeordnet ist, und mit dem Ver biegen und Tordieren des Stammes unter der Wirkung der Klinge entgegenwirkenden Rollen, die in einer oberen Position und in einer seitlichen, der Klinge im wesentlichen entgegengesetzen Position angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die oben angeordneten Rollen frei drehbar und die seitlich angeordneten Rollen angetrieben sind, wobei die frei drehbaren Rollen und die angetriebenen Rollen parallelachsig zum Stamm angeordnet und an Haltern befestigt sind, die mit Mitteln zum Ausüben eines den von der Klinge am Stamm erzeugten Biegekräften ent gegengerichteten Schubs gegen die Stamm-Oberfläche versehen sind.

Die neuen Prinzipien der vorliegenden Erfindung und ihre Vor teile mit Bezug auf den Stand der Technik werden nun unter Hinzunahme der Zeichnung anhand einer möglichen beispielhaften Ausführungsform, bei der diese Prinzipien angewandt sind, im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer Schälmaschine ge mäß der Erfindung,

Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 teilweise längsgeschnitten gemäß der Linie II-II in Fig. 1, in schematischer Teilansicht,

Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 1, teilweise längsgeschnitten gemäß der Linie III-III in Fig. 1, in schematischer Teilansicht, und

Fig. 4 eine schematische Zeichnung, die die in einer Schäl maschine auf einen Stamm ausgeübten Kräfte zeigt.

Mit Bezug auf die Zeichnung enthält die allgemein mit 10 bezeichnete, gemäß der Erfindung ausgebildete Schälmaschine, wie in Fig. 1 gezeigt ist, eine Schneideinheit 11, die gegen einen parallelen Stamm 12 beweglich ist, der in axialer Rich tung zwischen zwei antreibbaren Greifern 13 und 14 ange ordnet ist.

Wie man zum Teil und in schematischer Weise in Fig. 3 sieht, enthält die seitlich des Stammes angeordnete Schneid einheit 11 Halter 15 und 16 für eine Klinge 17 bzw. eine Druckleiste 18.

Die Mittel zum Antreiben der Bewegung der Klinge gegen den Stamm und zum Einstellen der gegenseitigen Position zwischen Klinge und Druckstange, ebenso wie die Mittel zum Antreiben der Drehbewegung des Stammes um seine eigene Achse, werden hier nicht weiter beschrieben, da es sich dabei um eine be kannte Technik handelt, so daß sie für einen technischen Fach mann leicht vorstellbar sind.

Gemäß der Erfindung sind oberhalb des Stammes, im Bereich von dessen Enden, Vertikalführungen 19, 19′ für einen Kastenträger 20 angeordnet, der den Führungen entlang von Motoreinheiten 21 und 22 aus unter Zwischenschalten beispielsweise von Spindeln, wie schematisch bei 23 in den Fig. 2 und 3 für eines der Enden des Trägers 20, das dem anderen Trägerende ähnlich ist, darge stellt, antreibbar ist.

Der Träger 20 trägt unten mittels eines Haltegestells 24 eine Mehrzahl von längs der Längserstreckung des Stammes mit Ab stand zueinander verteilten und zu zweit angeordneten Druck rollen 25, so daß zwei mit Bezug auf die durch die Stammachse gehende Vertikalebene symmetrisch angeordnete Reihen gebildet werden.

Ferner trägt der Träger 20 seitlich Halter 26, die durch Öffnungen 31 in einen zweiten Kastenträger 27 eingreifen, um eine Schwenkverbindung zwischen den Trägern, zweckmäßiger weise eine Bolzenverbindung, herzustellen. Eine solche Schwenk verbindung (an den beiden Enden des Trägers 20, von denen nur eines beschrieben und gezeigt ist, ist jeweils ein gleicher Halter vorhanden) enthält einen Bolzen 28, der den Halter 26 durchdringt und an seinen Enden mit am Träger 27 befestigten Platten 29 und 30 verbunden ist.

Der Träger 27 trägt unten an Haltern 32 eine Mehrzahl von Druckrollen 31, die längs der Erstreckung des Stammes mit Abstand zueinander und dabei seitlich des Stammes angeordnet sind. Jede Rolle 31 ist kinematisch mit einer Welle 35 ver bunden, die drehbar am Träger 27 gehalten ist und sich längs des Stammes erstreckt. Die Verbindung erfolgt mittels eines dazwischen angeordneten Kettentriebs 36 zwischen einem auf die Achse der Rolle 31 aufgekeilten Zahnrad 38 und einem drehbar mit dem Halter 32 verbundenen und mittels Längs zähnen oder -keilen 47, die in in Längsrichtung über die ganze Erstreckung der Welle 35 verlaufende Nuten 48 eingreifen, verschiebbar auf der Welle 35 sitzenden Zahnrad 37.

Die Welle 35 ist ihrerseits zum angetriebenen Drehen der Rollen 31 über eine Transmission, beispielsweise eine Kette, mit einem Motor 33 verbunden, der oberhalb des Trägers 27 angeordnet ist. Sowohl die Halter 24 als auch die Halter 32 sind axial zum Stamm längs des jeweiligen Trägers mittels Führungsnuten 45 bzw. 46 verschiebbar, in die die Kopfstücke von Positionier- und Blockierbolzen der Halter eingreifen. Auf diese Weise ist es, auch im Falle von mehr oder weniger langen Stämmen, möglich, alle Rollen in regelmäßigen Abständen zwischen den Greifern gegen den Stamm zu positionieren, was auch durch die verschiebbare Verbindung der Rollen 31 zur drehenden Welle 35 möglich gemacht wird.

Für das Verdrehen um die Bolzenverbindung des Trägers 27 sind oberhalb, zwischen den Trägern 20 und 27, Linearbetätiger 39 und 40, beispielsweise hydraulische oder pneumatische Kolben, vorgesehen.

Der Träger 27 trägt an seinen beiden Enden unten rollenartige Räder 41 und 42, die entlang einer Führung 43 bzw. 44 laufen, die fest mit der Erde verbunden ist.

Die Funktionsweise der oben beschriebenen Maschine ist die folgende:
Während des Schälvorgangs erzeugen, wie schon erwähnt und wie schematisch in Fig. 4 dargestellt, die Scherbeanspruchung der Klinge und der Druckstange, um einen Span der Dicke "s" her zustellen, eine Kraft F, die in zwei Kräfte F _v und F _o zerlegt werden kann, die äquivalent zu ihr sind und unter Hinzufügen eines Momentes M auf die Achse des Stammes als Angriffspunkt transponierbar sind.

Um die Nachteile zu vermeiden, die diese Kräfte und Momente während des Schälens hervorrufen, fährt die beschriebene Maschine, nachdem man von Hand die Positionen der Rollen längs des Stammes so eingestellt hat, daß sie mit regelmäßigen Ab ständen ihm entlang angeordnet sind, die oberen Rollen 25 gegen den Stamm und hält sie gegen ihn, was mittels der von den Motoreinheiten 21 und 22 erzeugten Schubs synchron zur Bewegung der Klinge erfolgt. Gleichzeitig werden die seitlichen Rollen 31 vom Motor 33 in Drehung versetzt und unter der kombinierten Wirkung der Räder 41, 42 und Führungen 43 und 44 und der Schubkolben 39, 40 gegen den Stamm gehalten.

Auf diese Weise werden die Biegekräfte durch die auf die Oberfläche des Stammes ausgeübten Druckkräfte der Rollen kompensiert.

Die seitlich angeordneten angetriebenen Rollen sind einer im wesentlichen konstanten Radialbelastung (abhängig von F _o im Ausmaß des während des ganzen Spanvorgangs im wesentlichen konstanten Zerspanungsdrucks) unterworfen. Daher ist es mög lich, die Reibung der Rollen stets auf geeigneten Werten zu halten, um die Bewegung der Rollen auf den Stamm zu übertragen, was dem Drehmoment M entgegenwirkt.

Wie man in Fig. 3 sieht, bilden die beiden Reihen von Rollen 25, die mit Bezug auf die durch die Stammachse gehende Vertikal ebene in symmetrischen Lagen angeordnet sind, einen Zentrums winkel, der sich von einem verhältnismäßig kleinen Wert α ₁, der einem Ausgangsradius R ₁ des Stammes entspricht, auf einen größeren Wert α ₂ verändert, der einem Endradius R ₂ entspricht, bei dem, da der Stamm eher dünn geworden ist, eine erhöhte Haltewirkung erforderlich ist.

Gleichzeitig verändert sich der Winkel zwischen den Rollen 31 und der zugewandten Reihe von Rollen 25 von einem Wert b ₁ auf einen Wert β ₂, die fast gleich groß und kleiner als 90° sind, um in dem Quadranten, in den die Kraft F gerichtet ist, eine erhöhte Haltewirkung zu haben.

Um sicherzustellen, daß die Rollen 31 in Kontakt mit dem Stamm gehalten werden, weisen die Führungen 43 und 44, wie es für den Fachmann leicht vorstellbar ist, eine Formgebung mit einem Profil auf, das der Bahn der Räder 41 und 42 folgt, wenn sich die Gesamtheiten der Rollen 31 und 25, beide einen gleichen Abstand zur Achse des Stammes halten, zur Stammachse hin bewegen.

Der Schub der Rollen 31 gegen den Stamm ist überwiegend durch die Wirkung der Kolben 39 und 40 vorgegeben, während die Füh rungen 43, 44 und die Räder 41, 42 zum Begrenzen des Hubs der Rollen 31 gegen das Äußere des Stammes und daher des Ver biegens des Stammes dienen, wenn die Deformationskraft des Stammes den Widerstandswert der Kolben übersteigt.

Auf diese Weise hat man den weiteren Vorteil, daß man an den Rollen 31 eine bestimmte minimale Radiallast zur Ausnutzung der Reibung sicherstellen kann, auch im Falle niedriger Werte von F _o als Folge bestimmter Einstellungen der Schneidwerkzeuge und/oder der elastischen Eigenschaften des Holzes.

Es versteht sich, daß die obige Beschreibung einer besonderen Ausführungsform, bei der die neuen Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwirklicht sind, nur beispielhaft für diese Prinzipien sein und den beanspruchten Schutzumfang nicht beschränken soll.

Beispielsweise kann die Kinematik der Bewegungstransmission zwischen dem Motor 33 und den Rollen 31 beliebig sein, z.B. mit Riemen oder Verzahnungen. Ebenso kann die Position des Motors auf dem Träger 27 anders sein.

Ferner können die Träger 20 und 27 zum Halten der Antibiege vorrichtung, obwohl eine Kastenform mit rechteckigem Querschnitt als vorteilhaft gefunden worden ist, auch eine andere mit dem Erfordernis der Festigkeit der Gesamtanordnung vereinbare Ge stalt aufweisen, beispielsweise eine L- oder eine T-Gestalt mit den zugehörigen Anpassungen der Führungen und Befestigungen.

Schließlich können die Antriebsmittel des Trägers 20 von den schematisch dargestellten Antriebsmitteln wie Spindeln ver schieden sein; z.B. kann man an Zahnstangen enthaltende Mittel denken.

Die Steuerung der Bewegung des Trägers 20 den geeigneten Führungen entlang und der Kolben 39, 40 kann mittels einer beispielsweise elektronischen Vorrichtung ausgeführt werden, die analog zu den den anderen Funktionen zugeordneten Vor richtungen der bekannten Technik (Bewegung der Klingen, Rotation des Stammes usw.) aufgebaut ist, wie für einen Fachmann leicht vorstellbar ist.

Claims

1. Rotationsschälmaschine für Stämme, mit einer Klingenhalter einheit, die zum seitlichen Annähern der Klinge auf die Achse des Stammes hin beweglich angeordnet ist, und mit dem Verbie gen und Tordieren des Stammes unter der Wirkung der Klinge entgegenwirkenden Rollen, die in einer oberen Position und in einer seitlichen, der Klinge im wesentlichen entgegenge setzten Position angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die oben angeordneten Rollen frei drehbar und die seit lich angeordneten Rollen angetrieben sind, wobei die frei drehbaren Rollen und die angetriebenen Rollen parallelachsig zum Stamm angeordnet und an Haltern befestigt sind, die mit Mitteln zum Ausüben eines den von der Klinge am Stamm erzeug ten Biegekräften entgegengerichteten Schubs gegen die Stamm- Oberfläche versehen sind.

2. Schälmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubmittel einen zu einer Vertikalbewegung antreib baren Schlitten, an dem unten die Halter der oberen Rollen angebracht sind, um sie an den Stamm anzunähern oder von ihm zu entfernen, sowie ein Verbindungsorgan mit einem Schwenk punkt zum Verbinden der Halter der seitlichen Rollen mit dem Schlitten enthalten, wobei zwischen dem Schlitten und dem Verbindungsorgan Betätigungseinrichtungen zum Verschwenken der seitlichen Rollen um die Schwenkverbindung im Sinne einer An näherung an den Stamm vorgesehen sind.

3. Schälmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätiger von Kolben gebildet werden, die durch ein Druck fluid gesteuert werden.

4. Schälmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das einen Schwenkpunkt besitzende Verbindungsorgan Führungs mittel enthält, die bei der Bewegung des Schlittens zwischen den seitlichen Rollen und der Achse des Stammes im wesentlichen den gleichen Abstand wie zwischen den oberen Rollen und der Achse des Stammes aufrechterhalten.

5. Schälmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel von Rädern gebildet werden, die mit dem Verbindungsorgan verbunden und auf mit einem entsprechenden Profil versehenen Führungen, die fest mit der Erde verbunden sind, abgestützt sind.

6. Schälmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die frei drehbaren Rollen in zwei parallelen Reihen angeordnet sind, so daß Paare von mit Bezug zur durch die Achse des Stammes gehenden Vertikalebene symmetrisch angeordneten Rollen gebildet werden.

7. Schälmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikal bewegbare Schlitten einen ersten Träger enthält, der parallel zu und oberhalb der Achse des Stammes angeordnet ist, wobei die Enden des Trägers mittels eines elektrischen Steuermotors Vertikalführungen ent lang verschiebbar sind.

8. Schälmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das einen Schwenkpunkt besitzende Ver bindungsorgan einen zweiten, parallel zu und seitlich oberhalb der Achse des Stammes angeordneten Träger mit über Haltebolzen mit dem Schlitten verbundenen Enden und mit zum Stamm hin vor stehenden seitlichen Rollen enthält.

9. Schälmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenhalter längs der Schubmittel verschiebbar angeordnet sind, so daß sie in axialer Richtung aufeinander zu ober voneinander weg bewegbar sind, so daß sie in gleichmäßigen Abständen der Längserstreckung des Stammes entlang positionierbar sind.

10. Schälmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die antreibbaren Rollen mit einem auf dem einen Schwenkpunkt besitzenden Verbindungsorgan angeordneten Motor über eine dazwischen angeordnete Kettentransmission ver bunden sind, die mit einer zum Stamm parallelen Bewegungswelle verbunden ist, mit der jede antreibbare Rolle mittels einer zweiten Kettentransmission verbunden ist.

11. Schälmaschine nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeich net, daß die zweiten Kettentransmissionen längs der Bewegungs welle gemeinsam mit den längs der Schubmittel verschiebbaren Haltern der seitlichen Rollen verschiebbar sind.