DE1628944A1

DE1628944A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Laengsfraesen von Scheit- bzw.Rundholz

Info

Publication number: DE1628944A1
Application number: DE19671628944
Authority: DE
Inventors: Mitten Leonard A
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-08-08
Filing date: 1967-08-05
Publication date: 1971-03-25
Also published as: US3346028A

Description

Dr.-lng. Holzhäuser Patentanwalt 4<> August 1967

OFFENBACH AM MAIN Herrnstr. 37 - Tel. 88 5642 ?7Gr/cw

Ernest E. Eunnion, 828 öota Street,

SheIton, Washington, USA.

"Verfahren und Torrichtung zum Längsfräsen von Scheit- bzw« Rundholz"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten und insbesondere zum Profilieren von Scheit- bzw. Hundholz mittels eines Fräskopf es, wobei das Holz mindestens eine Fläche erhält, so daß Maßholz entsteht, und wobei ein neuartiger und verbesserter Span als Nebenprodukt anfällt, der zur Weiterverarbeitung zu Pulpen geeignet ist. Das zu profilierende Holz wird entlang einer geradlinigen Vorsohubbahn gefördert, und die Fräskopfe befinden sich in ortsfesten Arbeitsstationen, durch die das Holz

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hindurchgeführt wird. Die beim Profilieren erhaltenen Kanthölzer besitzen vier Flächen, von denen zwei parallel zum lotrechten und zwei parallel zum waagrechten Durchmesser des Holzes verlaufen, wobei jede ebene Fläche im rechten Winkel zu den benachbarten Flächen verläuft.

Beim Abtrennen von Spänen von Hölzern ist es bekannt, daß weniger Arbeitsleistung von dem Präskopf verbraucht wird, wenn die Schnitte senkrecht zur Maserung verlaufen, als wenn die Schnitte parallel zur Maserung gelegt werden. Darüber hinaus bewirken parallel zur Maserung gelegte Schnitte ein gewisses Maß von Zerstörung der Späne, das nicht vorkommt, wenn der Schnitt senkrecht zur Maserung verläuft. Es ist jedoch, beim Zerspanen von Holz, bei dem Kanthölzer erzeugt werden sollen, nicht möglich, die Messer des Fräskopfes im rechten Winkel zur Längsachse des, Holzes schneiden zu lassen, weil hierbei eine konkave Fläche auf dem Holz entstehen würde. Wenn ein Holz mittels Fräsköpfen zu dem genannten Zweck bearbeitet werden soll, so daß ein Kantholz entsteht, das in geeignete Längen geschnitten werden kann, so müssen die von den umlaufenden Messern erzeugten flächen eben sein. Dies wurde bisher dadurch erreicht, daß die Schneidkopfe so angeordnet

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wurden, daß ihre Drehachse im rechten Y/inkel zu der Längsachse des Holzes verliefο

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Fräskopf zur Erzeugung einer ebenen Fläche nicht notwendig parallel zur Maserung schneiden muß. Ein Fräskopf, der derart angestellt ist, daß er schräg zur Maserung schneidet, wird ebenfalls eine ebene Fläche erzeugen. In V/eiterverf olgung dieser Erkenntnis ergibt sieh die Aufgabenstellung, den Anstellwinkel zu bestimmen, der unter Berücksichtigung aller Gegebenheiten die besten Ergebnisse liefert. Zu diesem Zweck wurden umfangreiche Versuche angestellt, wobei der Fräskopf in unterschiedliche Winkelstellungen einstellbar gehalten war, so daß ein Schnitt unter verschiedenen Winkeln erhalten werden konnte, und dieser Winkel relativ zu der Längsachse des Holzes von 0 an aufwärts einstellbar war, und diese O°-Grenze die Schneidkopfeinstellung bekannter Vorrichtungen bezeichnet. Ein geringerer Zerstörungsgrad der erzeugten Späne wurde dabei deutlich beobachtet, und diese Verbesserung schreitet in gewissen Grenzen mit der Vergrößerung des Anstellwinkels zwischen Schnittrichtung und Längsachse des Holzes fort. Bei einem Schnittwinkel von 37° ist eine Zerstörung

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der Späne kaum mehr zu beobachten und tritt offensichtlich überhaupt nicht bei einem Yifinkel von 45° auf. Ton den während diesen Versuchsreihen aufgenommenen Kurven ergab sich, daß der leistungsverbrauch in beträchtlicher Weise abfällt, wenn die Drehachse des Schneidkopfes unter 60 gegen die Längsachse des Holzes angestellt wird (was einem Schnittwinkel von 30° entspricht), und daß von diesem Punkte aus bis herab zu einem Anstellwinkel von 45° der Leistungsbedarf proportional weiter absinkt. Zwischen dem Leistungsbedarf bei diesem Anstellwinkel von 45° und demjenigen bei weiter verringertem Anstellwinkel (d. h₀ bei vergrößertem Schnittwinkel) besteht nur ein geringer Unterschied.

Betrachtet man den Gebrauchswert der erzeugten Späne, was ebenso wichtig ist wie die saubere Abtrennung der Späne von dem Holz, so wurde gefunden, daß durch das Anstellen des Fräskopfes die bei der Bearbeitung erzeugten Späne rhomboedrische Form bekommen und infolgedessen größere Stirnflächen mit aufgehender Maserung besitzen als dies bei den rechtwinkligen Spänen der Fall ist· Bei einem Span mit dieser rhomboedrischen Form (d.h. einem parallelepiped, bei dem jede der sechs Flächen die Form einer Raute besitzt) verläuft die Mase~

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rung parallel zu den Ebenen, in denen die beiden Seitenflächen, und der Ebene, in der die obere und die untere Hache liegen. Diese Ebenen entsprechen denen, entlang derer die Scherkraft die von dem Schneidkopf abgetrennten gekrümmten Scheiben zunächst in "Kärtehen" und dann in Späne zertrennt» Der jeweilige Anstellwinkel des fräskopfes bestimmt das Ausmaß, zu dem die aufgehende Maserung in den Stirnflächen der rhomboedrischen Späne diejenigen der üblichen rechteckigen Späne übertrifft. Dies hat besondere Bedeutung, wo die Späne für die Herstellung von Zellstoffpulpen und dergleichen weiterverwendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Profilieren von Scheit- bzw· Rundholz mittels Präsköpfen zu schaffen und dabei zur Weiterverarbeitung geeignete Späne zu erhalten, die zu dieser Weiterverarbeitung besser geeignet sind als die mit bisherigen Mitteln erzeugten«

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen bei spielsweise näher erläutert, und zwar zeigt:

Figur 1 ι schematise!! eine ebene Draufsicht auf einen

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von mehreren Fräsköpfen in erfindungsgemäßer Anordnung und ein von diesem Fräskopf bearbeitetes Holz,

ELg. 2, 3 und 4:

schematise]! in Teilansichten das kartenartige Muster, in dem die mit einem erfindungsgemäßen Fräskopf erzeugten Scheiben zerfallen, für eine solche Scheibe; das
dargestellte Muster gilt nur für die Horizontalscherkräfte, wobei in Figur 3 in
unterbrochenen Linien ein eins:einer Span als Beispiel für mehrere Späne dieser Art dargestellt ist, in die sich jede Karte
zerteilt; die Darstellung nach Fig. 2 bis 4 zeigt nur das Zerspanungsmuster, das sich aus dem Schnitt eines einzelnen, über die ganze länge des Fräskopfes verlaufenden
Messers ergibt, während der Fräskopf nach Fig. 1 jeweils einen Schnitt mit mehreren Messern ergibt, die in Form einer Schraubenlinie und in gleichen Winkelabständen auf dem Umfang des Schneidkopfes angeordnet sind,

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Figur 5 ϊ schematise!! eine vergrößerte Ansicht einer Karte, die andeutet, in welcher Weise diese in Späne zerfällt j diese Ansicht zeigt das vertikale Scherkraftmuster, wobei die Ausdrücke horizontal und vertikal in diesem Sinne relativ zu verstehen sind und nur dann diesem sinnvoll entsprechen, wenn angenommen wird, daß die Scheibe entweder von der Oberseite oder von der Unterseite eines Holzes abgetrennt wurde.

In den Zeichnungen ist ein Rundholz 10 dargestellt, das in einer Vorrichtung zur Profilierung entlang einer geradlinigen Yorschubbahn durch eine oder mehrere Arbeitsstationen bewegt wird, in denen Sehneid- bzw. Fräskopfe angeordnet sind. Jeder dieser Fräsköpfe bearbeitet eine der Seiten des Rundholzes, indem er einen segmentförmigen Bereich von dem Holz abtrennt, wobei das abgetrennte Holz in Form von Spänen anfällt. Die Fräsköpfe laufen im Sinne eines steigenden Schnittes um, nämlich in Vorschubriohtung der Hölzer, und zwar mit einer Drehgeschwindigkeit, die derart auf die Vorschubgeschwindigkeit abgestimmt ist, daß das Holz bei jeder Umdrehung des Zopfes um die gewünschte Spanlänge vorgeschoben wird. Eine geeignete Spanlänge

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beträgt beispielsweise 3/4"·

Vorzugsweise sind vier Präsköpfe 11 vorgesehen, von denen jeder eine Fläche 12 auf dem Holz 10 erzeugt, wobei zwei dieser Flächen parallel zu dem einen Durchmesser und die beiden anderen Flächen parallel zu einem auf diesem senkrechten Durchmesser des Holzes verlaufen. Jeder Fräskopf 11 besteht oder kann bestehen aus einer Anzahl von Scheiben 13, von denen jede ein einzelnes Messer 14 trägt. Die Scheiben sind in geeigneter Weise in ihrer relativen Vfinkellage zueinander auf der Welle 15 festgelegt, wobei die Messer in Umfangsrichtung des Fräskopfes im Abstand voneinander angeordnet sind.

Die Fräsköpfe können paarweise angeordnet sein und fortlaufend auf das geförderte Holz einwirken, wobei die beiden Fräsköpfe jedes Paares einander diametral gegenüberliegen. Nach der Erfindung ist die Anordnung der Drehachsen dieser Fräsköpfe zu der Längsachse der geförderten Hölzer wesentlich. Wie· oben erwähnt, sind die Drehachsen in Vorschubrichtung der Hölzer aus einer Ebene senkrecht zur Läng.sachse der Hölzer heraus angestellt. Dieser Anstellwinkel beträgt vorzugsweise 45°.

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Die Figuren 2 bis 4 zeigen eine der gekrümmten Scheiben, die von der Oberseite oder der Unterseite eines Rundholzes von dem zugeordneten Fräskopf abgetrennt werden. Hierbei ist es angedeutet, wie sich diese Scheibe 18 selbst in "Kärtchen" bzw. Karten 20 zerlegt, und zwar unter dem linfluß einer horizontalen Scherkraft. Figur zeigt, wie jede dieser Karten 20 sich unter Einwirkung der vertikalen Scherkraft in Späne 21 zerlegt. Die Bezeichnungen 'horizontale"und'Vertikale" Scherkraft zur Benennung der Ebenen, in denen sie wirken, setzt hierbei voraus, daß die Scheibe 18 von der Oberseite oder der Unterseite des Holzes abgetrennt wurde. In eine der Karten 20 in Figur 3 ist in unterbrochenen Linien beispielsweise ein solcher Span eingezeichnet, wobei die vordere Stirnfläche in Übereinstimmung mit Figur 5 mit a und die hintere Stirnfläche mit b bezeichnet ist. Dieee beiden Stirnflächen, die Oberfläche und die Unterfläche sowie die beiden Seitenflächen umgrenzen einen in größter Näherung rhomboedrischen Körper, d. tu ein Parallelogramm mit schiefen Winkeln und ungleichen angrenzenden Seiten. Die Maserung des Holzes verläuft parallel zu den Ebenen, in denen die obere, die untere und die beiden. Seitenflächen des Spans liegen. Hierbei stellen die obere und die untere Fläche die Wirkungs-

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ebenen der horizontalen Scherkraft dar, entlang derer die Scheiben 18 in Karten 20 zerfallen, während die Seitenflächen die Wirkungsebenen der vertikalen Scherkraft darstellen, entlang derer die Karten 20 in Späne 21 zerfallen. Es ist ersichtlich, daß ein rhomboedrischer Span den Vorteil aufweist, der bei der Herstellung einer Pulpe gebrauchten Flüssigkeit eine größere Fläche mit aufgehender Maserung zu bieten als dies bei einem rechteckigen Span der Fall ist» Bei einem Schnittwinkel von 45°, der in Figur 3 mit χ bezeichnet ist, wird diese Oberfläche annähernd verdoppelt.

Die Umlaufgeschwindigkeit der Fräsköpfe sollte so gewählt sein, daß eine Schnittgeschwindigkeit von nicht mehr als 7 000 fpm. (ungefähr 2 100 m/min.) erzielt wird. Bei höheren Schnittgeschwindigkeiten wird ein Zerreiben oder Zermahlen der Späne beobachtet» Bei Verwendung eines Fräskopfes mit 15" Durchmesser wird diese Schnittgeschwindigkeit bei 1 800 Upm. erreicht. Wird das Holz mit 3/4" pro Umdrehung des Fräskopfes vorgeschoben, so daß Späne dieser länge entstehen, so ergibt sich bei der erwähnten Drehzahl eine Vorschubgeschwindigkeit von 112 fpm» (34m/min.) für das Holz. Die Fräsköpfe können selbstverständlich auch für zwei Schnitte pro

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Umdrehung ausgebildet seih, so daß dann die Vorschubgeschwindigkeit des Holzes verdoppelt werden kann.

Die Schnittiefe ist offensichtlich durch die Geometrie des Präskopfes begrenzt. Dex von einem Messer zurückgelegte gekrümmte Weg muß so relativ zu dem Holz gelegt werden, daß das Messer mindestens einen Betrag unterschreitet, der dem Betrag des Vorschubes des Holzes gleich ist, und die maximale Schnittiefe muß demnach kleiner sein als der Radius des Fräskopfes. Beim Betrieb wird die Schnittiefe auf die Größenordnung von 3" bis 4" durch die v/irksam auf den Fräskopf übertragbare Leistung begrenzt. Der Leistungsbedarf ist direkt proportional dem Holzverbrauche Bei üblichen Schneidvorrichtungen beträgt der Leistungsbedarf maximal (abhängig von der Holzart) 600 hp»sec. per cu. ft. (ungefähr 4, 4 k\7h/nr). Bei üblichen Fräsvorrichtungen wurde ein maximaler Leistungsbedarf von 400 hpi¹(2,95 kWh/m ) angenommen. Ein nach der Erfindung unter 45 angestellter Fräskopf hat dann eine Leistungsaufnahme von maximal 500 hp'sec. per eu„ ft. (ungefähr 2, 2 kWh/m-). Für die Verarbeitung von Douglas-Fichten, einem der leichteren Hölzer für die Spanerzeugung, wird bei Anv/endung der

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Erfindung ein Leistungsbedarf in der Größenordnung

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von 150 hp'sec. per cu. ft. (ungefähr 1,1 klh/m ) beobachtet.

Es sei hier auf weitere Vorteile eines erfindungsgemäiS angestellten Fräskopfes hingewiesen. Mit steigendem Schnitt arbeitende Fräsköpfe, bei denen die Drehachse senkrecht zur Längsachse des Holzes verläuft, versuchen das Holz mit einer größeren Geschwindigkeit anzutreiben, als die Vorschubgeschwindigkeit beträgt. Diese Eigenschaft ist besonders schwer zu kontrollieren bei kurzen Hölzern mit kleinem Durchmesser, insbesondere wenn die Hölzer nass sind. Ein nach der Erfindung angestellter Fräskopf vermindert diesen Einfluß beträchtlich. Die seitlich angeordneten Fräsköpfe, d. h. diejenigen, die auf den Seiten des Holzes ebene Flächen erzeugen, bringen den Vorteil, daß die von ihnen bei erfindungsgemäßer Anstellung ausgeübte, nach unten gerichtete Kraft die Andruckkraft verringert, die aufgebracht werden muß, um das Holz in seiner Führungsbahn zu halten.

Die Führungsbahnen können in bekannter Weise derart ausgebildet sein, daß ein Verdrehen des Holzes während der Bearbeitung vermieden wird. Dies läßt sich auch dadurch

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erreichen, daß einander gegenüberliegende 3?räsköpfe in entgegengesetzter Drehrichtung angetrieben werden und bei Draufsicht auf ihre Anordnung miteinander fluchtend ausgerichtet sind.

Es ist ersichtlich, daß im Rahmen des Brfindungsgedankens weitere Äusführungsformen möglich sind.

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Claims

Ί ϋ ^ b y 4

- - 14 Ansprüche

1. J Vorrichtung zum längsfrasen von Scheit- bzw, Rundholz, wobei an dem Scheit eine ebene Fläche erzeugt wird, gekennzeichnet durch eine !Führungsbahn für die Hölzer; mindestens einen an der !Führungsbahn angeordneten Fräskopf, der von diesen Hölzern gekrümmte Scheiben von Spänen abhebt und dessen Drehachse unter einem Winkel gegenüber der Längsachse der Hölzer angestellt ist, so daß diese diagonal zu dem Fräskopf liegen; Mittel, die eine Relativbewegung zwischen den Hölzern und dem Fräskopf erzeugen, wobei unter -fortschreitender Erzeugung dieser ebenen Fläche eine Folge von solchen Scheiben von dem Holz abgetrennt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Fräskopfes (11) unter einem Winkel zwischen 45° und 60° gegenüber der Längsachse der Hölzer (10) angestellt ist.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Fräskopfes unter einem Winkel von 45° gegenüber der Längsachse der Hölzer angestellt ist.

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4-· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräskopf (11) ortsfest angeordnet ist, und daß die Hölzer (10) diesem in einer Vorschubbewegung zugeführt werden.

5» Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Präskopf vorgesehen ist, der dem ersten gegenüberliegend angeordnet ist, und der eine ebene Fläche an den Hölzern erzeugt, die der erstgenannten gegenüber liegt und parallel zu dieser verläuft»

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Umfang der Hölzer mehrere Fräskopfe angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß einander gegenüberliegende Fräsköpfe entgegengesetzte Drehrichtung aufweisen.

8. Verfahren zum Längsfrasen von Scheit- bzw. Rundholz, mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß ein Holz in seiner Längsrichtung auf einer geradlinigen Vorschubbahn

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durch eine Schneidstation bewegt wird, wobei der Fräskopf in der Schneidstation so angeordnet wird, daß er sich in einem steigenden Schnitt in das Holz frißt und um eine Achse umläuft, die gegenüber der Längsachse des Holzes versetzt angeordnet ist, daß der Fräskopf bei jeder Umdrehung von dem vorgeschobenen Holz mindestens eine gekrümmte Scheibe eines Segments abschneidet und daß diese Scheibe infolge von längs der Maserung auftretenden horizontalen und vertikalen Scherkräften in eine Vielzahl von Spänen zerfällt, die die Form von Rhomboedern aufweisen, und daß sich infolge fortwährender Abtrennung solcher Scheiben eine ebene Fläche auf dem Holz ausbildet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Fräskopfes auf einen Y/inkel zwischen 45° und 60° gegenüber der Längsachse des Holzes angestellt wird.

Oo Verfahren nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekenn-, zeichnet, daß das Holz bei seiner Vorschubbewegung gegen eine Führungsfläche anliegt, und daß der Fräs kopf so angeordnet ist, daß er Späne von einer Sei-

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tenfläche des vorgeschobenen Holzes abtrennt und dabei eine nach unten und in Vorschubrichtung wirkende Kraft auf das Holz ausübt <>

11. Holzspan, der mittels einer Vorrichtung oder eines Verfahrens nach einem der-Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser die Form eines Rhomboeders aufweist, wobei die obere, die untere und die beiden seitlichen Flächen parallel zur Maserung des Holzes verlaufen, und daß die Stirnflächen schiefe Winkel mit den übrigen Flächen bilden.

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