DE964827C

DE964827C - Hackmaschine fuer Holz, insbesondere fuer die Herstellung von Hackspaenen fuer die Papierfabrikation

Info

Publication number: DE964827C
Application number: DEI9551A
Authority: DE
Original assignee: Improved Machinery Inc
Current assignee: Improved Machinery Inc
Priority date: 1953-02-20
Filing date: 1954-12-22
Publication date: 1957-05-29
Also published as: US2710635A; GB746982A

Description

AUSGEGEBEN AM 29. MAI 1957

/ 9551VII155 a

Bei Holzhackmaschinen mit einer zylindrischen Messertrommel mit im wesentlichen in der Längsrichtung verlaufenden Messern bereitet es Schwierigkeiten, das Holz derart zuzuführen, daß Späne von gleichmäßiger Länge erzeugt werden, weil die zylindrische Trommeloberfläche besonders bei dicken Holzklötzen ein Hindernis für den geregelten Vorschub bildet.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist schon vorgeschlagen worden, vor jedem Messer eine Vertiefung in der Trommelfläche anzuordnen, in die eine kurze und verhältnismäßig steile Schrägfläche führt. Dadurch wurde jedoch der erwähnte Mangel nur für den Fall der Verarbeitung verhältnismäßig dünner Knüppel behoben, denn diese können sich einzeln längs der Leitfläche vorschieben, während bei einem dicken Klotz der Vorschub nach wie vor durch ständige Anlage von Teilen von ihm an der zylindrischen Trommeloberfläche behindert wird. Diesem Nachteil der bekannten Holzhackmaschinen, bei denen also die zylindrische Messertrommel vor jedem der im wesentlichen in ihrer

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Längsrichtung verlaufenden Messer mit einer die Schnittiefe bestimmenden Leitfläche versehen und bei der die Holzzufuhr nur in einem Bereich des Trommelumfanges angeordnet ist, in dem die Messerbewegung eine Komponente in der Vorschubrichtung aufweist, soll nun erfindungsgemäß dadurch abgeholfen werden, daß jede Leitfläche über den im wesentlichen von einem Messer zum nächstfolgenden Messer reichenden Teil des Trommelumfanges mit allmählich abnehmendem Radius verläuft, wodurch zusammen mit der Vorschubvorrichtung eine gleichmäßige Zufuhr des zu zerkleinernden Holzes, auch wenn es sich um dicke Klötze handelt, zur Messertrommel gesichert ist. Jede Leitfläche liegt dabei in einer Zylinderfläche, deren Radius kleiner ist als der Radius der Bahn der Messerschneiden und deren Achse gegen die Achse der Messerschneidenbahn entgegen der Vorschubrichtung versetzt ist.

Dadurch wird einerseits die Gewinnung gleichmäßig langer Schnitzel gewährleistet und andererseits ein stoßfreier Vorschub erzielt, während bei der bekannten Anordnung einer verhältnismäßig steilen, kurzen Übergangsfläche ein vom Ende eines zylindrischen Teiles der Trommelfläche abgleitendes Holzstück infolge der hohen Trommelgeschwindigkeit praktisch ohne Führung schlagartig in die Vertiefung vor dem nächsten Messer hineinfällt. Die gleichmäßige und stoßfreie Zuführung des zu zerkleinernden Holzes zu der Messertrommel wird noch dadurch begünstigt, daß der Bereich der Holzzufuhr zur Messertrommel zwischen einem oberhalb einer waagerechten Tangente an die Messerbahn angeordneten Grundmesser und einer oberen Führung liegt, die sich unterhalb der durch die Achse der zylindrischen Messerbahn gehenden waagerechten Ebene befindet, so daß das Holz der Trommel in einem Bereich von weniger als einem Quadranten zugeführt wird.

40. Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel.

Fig. ι ist eine Seitenansicht einer Holzhackmaschine, zum Teil im Schnitt und mit Bruchstellen ;

Fig. 2 ist eine Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Maschine von links, ebenfalls mit Teilschnitt;

Fig. 3 ist eine mathematische Darstellung der Erzeugung einer idealen Oberfläche für den Vorschubregler;

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Teiles der Maschine, aus der die Erzeugung einer praktischen Oberfläche für den Vorschubregler ersichtlich ist;

Fig. 5 a und 5 b zeigen das Messer und die Vorrichtung zur Querbemessung der Hackspäne in Draufsicht und Querschnitt.

Die in Fig. 1, 2 und 5 dargestellte Maschine besitzt eine Grundplatte mit aufwärts ragenden Seitenteilen 12, auf denen Hauptlager 14 für eine durch einen nicht dargestellten Kraftantrieb, z. B. einen Diesel- oder Elektromotor, angetriebene Hauptwelle 16 angeordnet sind. Ein gebogener Bodenteil 18 ist zwischen den beiden Seitenteilen 12 angeordnet. Eine im allgemeinen zylindrische Trommel 20 mit in ihrer Längsrichtung verlaufenden Einschnitten 22 zur Aufnahme der Späne ist fest auf der Welle 16 gelagert, so daß sie durch die Welle um eine Mittelachse gedreht wird. Sie weist vorzugsweise Endscheiben 24 auf, die sich ebenso wie die Trommeloberfläche dem gebogenen Grundflächenteil r8 verhältnismäßig dicht anpassen.

Ein oder mehrere (hier vier) Messer 25 sind auf dem Umfang der Trommel 20 durch in entsprechende Gewindebohrungen der Trommel eingreifende Schrauben 29 befestigt. Sie verlaufen im allgemeinen in der Längsrichtung der Trommeloberfläche und vorzugsweise parallel zu ihrer Achse, doch können auf Wunsch auch Messer mit schraubenförmiger Schneidkante Anwendung finden. Die Schneiden 26 der in die Drehrichtung der Trommel weisenden Messer 25 liegen in den vorwärts gerichteten Flächen 27 der Messer, deren abgeschrägte Rückflächen 28 in einem kleineren radialen Abstand von der Trommelachse als die Schneidkanten 26 liegen, so daß sie mit der Tangente an die zylindrische Bahn der Messerschneiden einen etwas einwärts gerichteten Winkel bilden, der im allgemeinen von der Größenordnung 5° ist.

Die Vorderfläche 27 eines jeden Messers 25 ist in einem Schneidwinkel von beispielsweise 40⁰ zur Tangente des Umlaufzylinders der Messerschneidkanten 26 eingestellt und trägt einen auf ihr angebrachten Spanteiler 30. Dieser wird an die Vorderfläche 27 des Messers in einem Abstand von der Schneidkante 26 durch die Messerbefestigungsschrauben 29 fest angedrückt, die also auch den Spanteiler und das Messer zusammenhalten. Die Spanteiler 30 bestehen gemäß Fig. 5 a und 5 b aus Schienen, die sich in der Längsrichtung der Messer 25 erstrecken und in einem Abstand von ihren Schneiden gehalten werden. Die glatte Fläche einer jeden Schiene 30 liegt an der Vorderfläche 27 des Messers an. Seine Arbeitsfläche enthält eine Anzahl von ungefähr radial zur Trommel 20 verlaufenden Nuten 32 mit dazwischenliegenden Graten 34. Die Böden der Nuten 32 bilden stumpfe Winkel, z. B. von 100 bis 150⁰, mit der Vorderfläche 27 des Messers 25.

Ein feststehendes Grundmesser 40 ist längs der no Vorderkante des gebogenen Grundplattenteiles 18 angeordnet, um mit den Schneidkanten 26 der Messer 25 beim Abtrennen der Späne an der unteren Seite des Klotzes 10 mitzuwirken, der durch eine vor dem Grundmesser 40 zwischen den Seitenteilen 12 der Grundplatte angeordnete Bettplatte 42 abgestützt wird.

Zum Vorschieben eines Klotzes 10 in der Längsrichtung in den Bereich der Messer 25 ist ein Kettenförderer vorgesehen, dessen Ketten 50 von Kettenrädern 52 auf einer in Lagern 55 der Grundplattenteile 12 gelagerten Welle 54 getragen werden. Die Welle 54 wird über ein Getriebe 56, ein Kettenrad 57 und eine Kette 58 durch ein Kettenrad 59 auf der Hauptantriebswelle 16 so angetrieben, daß die Geschwindigkeit des Kettenförderers zeitlich

auf den selbsttätigen Vorschub des Klotzes durch die Messer 25 abgestimmt ist, wie weiter unten dargelegt.

Vorzugsweise wird, wie dargestellt, ein Klotz 10 der Trommel 20 mit ihren umlaufenden Messern 25 in einem unteren Quadranten des Umfanges dargeboten, in dem die Messer 25 in einziehendem Sinne auf den Klotz wirken, weil ihre Bewegung hier eine vorwärts gerichtete Komponente hat. Dies gilt speziell für den dargestellten Fall der Lagerung der Trommel auf einer waagerechten Achse. Bei einer anderen Achsenlage würde die Lage und Zuführungsrichtung des zu bearbeitenden Klotzes sinngemäß immer so zu wählen sein, daß eine Bewegungskomponente der Messer einziehend auf den Klotz wirkt. Zur Erzielung gleichmäßiger Schnitzel ist es ferner erwünscht, daß ein Teilumfang der Trommel ausgenutzt wird, der weniger als einem Quadranten entspricht. Der ausgenutzte Winkel sollte in der Praxis nicht über 8o° betragen, doch ist ein Winkel von 6o° vorzuziehen. Zu diesem Zweck ist die Grundplatte 42 mit dem Grundmesser 40 etwas oberhalb der waagerechten Tangente an den tiefsten Punkt der zylindrischen Messerbahn angeordnet und an den aufwärts gerichteten Teilen 12 der Grundplatte eine Schutzschiene 46 quer zur Trommel 20 angebracht, deren untere Fläche etwas unterhalb der waagerechten Ebene durch die Achse der zylindrischen Bahn der Messer liegt.

Um die wichtige gleichförmige ununterbrochene Vorwärtsbewegung des Klotzes zu erreichen, so daß die erwünschte hohe Schnittfrequenz und Schnittgeschwindigkeit angewendet werden können, sind jeweils zwischen einer Messerschneide 26 und der nächstfolgenden Messervorderfläche 27 Steuervorrichtungen angeordnet, deren jede nach außen durch eine Leitfläche begrenzt ist, die innerhalb der zylindrischen Messerschneidenbahn von einer Messerkante 26 in einem allmählich abnehmenden radialen Abstand von der Mittelachse der Trommel 20 in Richtung auf die Vorderfläche 27 des nächstfolgenden Messers 25 verläuft. Der einwärts gerichtete Abstand der Leitfläche von der Vorderfläche 27 des Messers bestimmt die größte Schnitttiefe des Messers, die selbstverständlich für jedes Messer im wesentlichen gleich zu wählen ist. Im übrigen muß, ebenso wie bei den bekannten Trommelhackmaschinen, unmittelbar vor jedem Messer 25 eine Eintrittsöffnung zu jedem Spänesammeleinschnitt 22 frei gelassen werden, damit dieser die Späne aufnimmt, bis sie durch die Fliehkraft herausgeschleudert werden, wenn der Einschnitt die gebogene Führungsfläche 18 verläßt. Die ideale Leitfläche kann mathematisch am besten gemäß Fig. 3 bestimmt werden, in der ein einem Zerkleinerer mit vier Messern entsprechender Quadrant dargestellt ist. Der von der Mittelachse O ausgehende Radius der zylindrischen Bahn der Messerschneiden ist mit R, der Radius der idealen spiraligen Leitfläche an jedem Punkt Q mit r bezeichnet. Θ ist der Voreilwinkel des Radius r gegenüber der Vorderfläche eines Messers in der j x-Achse der Fig. 3. Nimmt man die Anzahl Messer mitiV und die Schnittiefe eines jeden Messers mit D an, so kann der Abstand S zwischen dem Messerbahnradius R und dem Leitflächenradius r in jedem Punkt in Polarkoordinaten mit

5 =

Ό(τ—ΝΘ)

ausgedrückt werden.

Mit dieser Formel kann allgemein der Verlauf der Vorschubsteuerkurve der erfindungsgemäßen Hackmaschine für jeden gegebenen Fall genau ermittelt werden.

In der Praxis ist jedoch die Erzeugung einer solchen idealen Leitfläche sowohl schwierig als auch kostspielig, und es ist gefunden worden, daß bei einer wenigstens drei und vorzugsweise vier Messer verwendenden Maschine eine so ideal verlaufende spiralige Leitfläche durch eine zylindrische Fläche ersetzt werden kann, deren Achse parallel zur Mittelachse der Trommel 20, aber gegen sie versetzt, und deren Radius kleiner als der Radius der Messerschneidenbahn ist, wie sich aus Fig. 4 ergibt. Eine derartige Fläche kann bestimmt werden, indem man zuerst eine Schnittiefe F annimmt, die eine gewünschte durchschnittliche Faserlänge ergibt, die im wesentlichen gleich dem g₀ Wert D einer idealen Leitfläche sein wird. Vorzugsweise geschieht dies, indem man einen durchschnittlichen Mittelpunkt eines Klotzes, z. B. vom halben Radius. R annimmt, in dem die Faserlänge eines Spanes gleich D angenommen werden kann. In diesem Fall ist die Schnittiefe F-D cos Θ, wobei Θ = 3o° ist. Der Bogen der Messerschneidenbahn zwischen der Schneide eines Messers und der Schneide des nächstfolgenden Messers wird dann in eine Anzahl gleicher Bogenteile mit Hilfe von _JOo vom Mittelpunkt der Trommel ausgehenden Radien eingeteilt. Nun wird auf den zur zweiten Messerschneide führenden Radius vom Messerschneidenkreis nach innen die Schnittiefe F, auf den auf das erste Messer folgenden ersten Radius das Maß F dividiert durch die Anzahl Segmente, auf den zweiten Radius das Doppelte, auf den dritten Radius das Dreifache usw. aufgetragen, so daß man eine Reihe von Punkten P erhält. Der Mittelpunkt α eines Bogens, der sich am besten der Kurve durch die Punkte P nähert, kann dann ermittelt werden als Mittelpunkt eines Bogens, der durch irgend drei Punkte P, vorzugsweise durch die Punkte P an den Enden des Quadranten und durch einen Punkt in der Mitte des Quadranten geht. Der Radius C des so ermittelten Bogens ist kleiner als der der Messerbahn, und sein Mittelpunkt α ist von der Achse der Trommel allgemein in Richtung auf die Rückfläche 28 des ersten Messers versetzt. Eine so ermittelte zylindrische Fläche liefert Späne, bei denen die Faserlänge innerhalb der bei der Herstellung von Papierstoff zulässigen engen Grenzen liegt.

Die Leitflächen 60, deren Außenflächen entweder eine ideale Spiralfläche oder eine praktische zylindrische Fläche bieten, werden auf der

Trommel 20 zwischen je zwei Messern 25 befestigt Am vorderen Ende geschieht dies durch die Schrauben 29, die gleichzeitig" zum Befestigen der Messer und der Späneteiler 30 auf der Trommel dienen und die Platten 60 in Anlage an die Rückflächen 28 der Messer halten. Schrauben 62 halten die rückwärtigen Enden der Leitflächen 60 in der Nähe der Vorderkanten der die Späne aufnehmenden Einschnitte 22 fest, so daß diese Einschnitte in einem genügenden Abstand vor den Messern 25 offengelassen werden zur Aufnahme der während eines Schnittes durch die Fläche des Klotzes 10 abgelösten Späne. Die Schrauben 29 und 62 sind unter die Oberfläche der Platte 60 versenkt, und die Schrauben 29 können gegebenenfalls durch Stopfen 64 abgedeckt werden.

Eine Hackmaschine gemäß der Erfindung kann beispielsweise einen Durchmesser von etwa 76 cm in den Messerschneiden haben, mit vier Messern (wie in Fig. 4 dargestellt) ausgestattet sein, eine Trommeiumlauf geschwindigkeit V von 1100 m/Min. haben und Späne mit einer Faserlänge von 16 mm bei jeder Viertelumdrehung liefern. Aus diesen Abmessungen ergibt sich ein selbsttätiger Klotzvorschub von etwa 70 m in der Minute. Die Messerschnittfrequenz bei dieser speziellen Maschine beträgt etwa 73 in der Sekunde und die Messergeschwindigkeit etwa 2600 m/Min. Die Faserlänge der durch eine solche Maschine erzeugten Späne schwankt im allgemeinen um nicht mehr als 0,4 mm.

Die Geschwindigkeit V der Vorschubvorrichtung 50 ist unter den gegebenen Umständen gleich der Geschwindigkeit des Klotzvorschubes, d. h. etwa 70 m/Min., wie sich aus der Gleichung

V =

D-N-V 12

ergibt. Demnach müßte ein Antriebskettenrad 52 des Förderers von 15,25 cm Durchmesser mit einer Drehzahl von etwa 144/Min. umlaufen.

Beim Arbeiten einer solchen Maschine wirken die Messer, wenn der Klotz 10 durch die Vorschubvorrichtung 50 genügend weit vorbewegt wird, um durch die Messer 25 erfaßt zu werden, derart auf sein vorderes Ende, daß sie ihn gegen die Leitflächen 60 ziehen, die mit den Messern derart zusammenwirken, daß sich der Klotz stetig und gleichmäßig in seiner Längsrichtung vorwärts bewegen, wobei er nach einer quer zu ihnen und in der Längsrichtung nach vorn verlaufenden Kurvenfläche abgearbeitet wird, bis er vollständig in Späne verwandelt ist. Die Leitflächen 60 stabilisieren gleichzeitig die Zerkleinerungswirkung und bestimmen das Höchstmaß und die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung durch Flächeüberührung mit dem Klotz 10, die auf einen größeren Teil der Führungskurve und der Endfläche des Klotzes verteilt ist. Da die Messer während der Vorwärtsbewegung des Klotzes schneiden, kann eine solche Anzahl Messer verwendet werden, daß gleichzeitig zwei oder mehr Messer in den Klotz einschneiden, was für die Stabilisierung von Bedeutung ist. Das Nachlassen des Messerzuges zwischen den Arbeitsgängen zweier aufeinanderfolgender Messer führt zu einer Rückschlagwirkung. Es ist jedoch gefunden worden, daß sich bei einer Mindestzahl von etwa vierzig Messerwirkungen in der Minute dieselbe stabilisierende Wirkung mit nur einem gleichzeitig auf den Klotz wirkenden Messer ergibt. Zur Erzielung einer sauberen Schnittwirkung selbst auf dünnes und leichtes Arbeitsgut sollte die Schnittgeschwindigkeit der Messer mindestens 1200 m/Min.-betragen. Vorzugsweise sollte die Schnittfrequenz 60 bis 100 pro Sekunde und die Messergeschwindigkeit 1500 bis 3000 m/Min, sein.

Zusammen mit der normalen Bildung breiter Späne einer gegebenen Dicke wirken die Späneteiler 30 auf die Späne im Sinne eines Aufspaltens in verhältnismäßig schmale, gleichmäßig breite Stücke. Der Richtungswechsel, der durch den Winkel zwischen den Böden der Nuten 32 und der Vorderfläche 27 des Messers hervorgebracht wird, drückt die breiten Späne abwärts über die scharfen Grate des Teilers, wodurch die breiten Späne in der Längsrichtung gespalten werden.

Es wird zwar zur Zeit vorgezogen, den Vorschub des Holzes im wesentlichen waagerecht auszuführen und demgemäß einen unterhalb der Trommelachse liegenden Trommelquadranten für das Zerkleinern auszunutzen, doch ist natürlich auch eine andere Anordnung denkbar, z. B. in geneigter oder sogar in senkrechter Richtung, vorausgesetzt, daß die Zuführung des Holzes zur Trommel in der Weise erfolgt, daß die vorwärts gerichtete Komponente der zylindrischen Messerbewegung im Sinne eines Vorschubes des Holzes und des Zusammenwirkens mit den Führungsflächen der Trommel im Sinne einer gleichmäßigen Zustellung zu den Messern wirkt.

Claims

Patentansprüche·.

i. Hackmaschine für Holz, insbesondere für die Herstellung von Hackspänen für die Papierfabrikation, deren zylindrische Messertrommel vor jedem der im wesentlichen in ihrer Längs- ioj richtung verlaufenden Messer mit einer die Schnittiefe bestimmenden Leitfläche versehen und deren Holzzufuhr nur in einem Bereich des Trommelumfanges angeordnet ist, in dem die Messerbewegung eine Komponente in der Vor- 11c schubrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitfläche (60) über den im wesentlichen von einem Messer (25) zum nächstfolgenden Messer reichenden Teil des Trommelumfanges mit allmählich abnehmendem Radius iij verläuft, wodurch zusammen mit der Vorschubvorrichtung (50) eine gleichmäßige Zufuhr des zu zerkleinernden Holzes zur Messertrommel (20) gesichert ist.
2. Hackmaschine nach Anspruch 1, dadurch 12c gekennzeichnet, daß jede Leitfläche (60) in einer Zylinderfläche liegt, deren Radius kleiner ist als der Radius der Bahn der Messerschneiden (26) und deren Achse gegen die Achse der Messerschneidenbahn entgegen der Vorschubrichtung 12« versetzt ist.
3. Hackmaschine nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Holzzufuhr zur Messertrommel (20) zwischen einem oberhalb einer waagerechten Tangente an die Messerbahn angeordneten Grundmesser (40) und einer oberen Führung (46) liegt, die sich unterhalb der durch die Achse der zylindrischen Messerbahn gehenden waagerechten Ebene be>findet, so daß das Holz der Trommel in einem Bereich von weniger als einem Quadranten zugeführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 707 867.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 736/69 12.56 (709 524/130 5. 57)