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Technischer Bereich
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Die
Erfindung beschäftigt
sich mit einem Verfahren zum Schärfen
scheibenförmiger
Schneidmesser mit einer zusammenhängenden Schneidkante, und insbesondere
zum Schärfen
scheibenförmiger Messer,
die bestimmt sind, Rollen von Bahnmaterial wie etwa Papier, Papiergewebe,
Toilettenpapier, Küchentücher und
dergleichen zu schneiden.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich auch mit einer Schärfeinheit
für scheibenförmige Messer,
insbesondere für
Schneidmaschinen, die dazu bestimmt sind, Rollen von Bahnmaterial
oder dergleichen zu schneiden, und mit Schneidmaschinen, die eine
solche Schärfeinheit
aufweisen.
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Stand der Technik
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Schneidmaschinen
werden üblicherweise
in der Papierbearbeitungsindustrie verwendet, um kleine Rollen von
Stämmen
aus aufgewickeltem Papier zu erzeugen, die eine axiale Länge haben,
die ein Mehrfaches der axialen Länge
der Fertigprodukte aufweisen, entsprechend der axialen Dimension
von Papierrollen, die aus Papiermühlen stammen.
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Schneidmaschinen,
die üblicherweise
zum Schneiden von Stämmen
aus Papier oder anderen aufgewickelten Bahnmaterialien dienen, sind
mit einer Einheit ausgerüstet,
die um eine Achse rotiert, die üblicherweise
sich parallel zur Zufuhrrichtung der zu schneidenden Stämme erstreckt
oder geringfügig
zu dieser geneigt ist. Diese Stämme
werden längs
eines oder mehrerer Kanäle,
die parallel zueinander sind, zugeführt und der Wirkung eines drehenden
scheibenförmigen
Schneidmessers, das von der drehenden Einheit getragen ist, unterworfen.
Das scheibenförmige
Messer rotiert um eine Achse, die ihrerseits parallel zur Zuführrichtung
der lang gestreckten zu schneidenden Produkte weist. Traditionell
besitzen Maschinen dieser Art eine intermittierende oder kontinuierliche
Zufuhr (mit variabler oder konstanter Geschwindigkeit) der Stämme. Beispiele
dieser Art von Maschinen sind beschrieben in US-RE-30598, EP-B-0507750,
US-A-3213731, EP-B-0609668, US-A-5315907.
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Die
scheibenförmigen
Schneidmesser, die zu diesem Zweck verwendet werden, haben üblicherweise
eine bi-konische Form. Das bedeutet, dass sie in der Nähe der Achse
dicker sind und an Dicke von der Achse zur Kante graduell abnehmen.
Die Schneidkante ist mit einer Fase versehen, die bezüglich der
Mittelebene orthogonal zur Werkzeugachse symmetrisch ist.
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Das
Messer muss häufig
geschärft
werden, um die Schneidkante wieder herzustellen, insbesondere da
sie aus Stählen
beschränkter
Härte und
Zähigkeit,
wie beispielsweise Schnellstähle,
hergestellt ist. Paare von Schleifrädern, die angetrieben sind oder
häufiger
von der Bewegung des Werkzeuges mit genommen werden, werden häufig zum
Schärfen benutzt;
diese wirken in einer ungefähr
symmetrischen Weise auf die beiden Seiten der Schneidfase des Messers.
Der Durchmesser des Messers wird auf diese Weise zunehmend reduziert
ausgehend von der ursprünglichen
Dimension zu einer minimalen Durchmesserdimension, jenseits welcher
das Messer ersetzt werden muss. Die Schneidkante wird ziemlich schnell
stumpf und beschädigt
und muss häufig
geschärft
werden, was zu einem relativ schnellen Verbrauch des Messers führt, und
zwar aufgrund Abnutzung durch jede Schärfoperation. Dies macht es
notwendig, große
Anfangsdurchmesser zu verwenden, um die Austauschhäufigkeit
zu reduzieren und darüber
hinaus die Kosten jedes Messers gegen eine genügende Menge an geschnittenem
Produkt zu amortisieren.
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Die
Dimension des zu schneidenden Produktes und der Nabe, die das scheibenförmige Schneidmesser
trägt,
machen es unmöglich,
unter eine minimale Durchmesserdimension zu gehen.
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Die
bi-konische Form des Werkzeugs erzeugt einen großen Anteil an Reibung zwischen
dem Werkzeug und dem zu schneidenden Material. Um ein bi-konisch
geformtes Werkzeug herzustellen, ist weiterhin eine große Menge
von Rohmaterial als Ausgang erforderlich, weil die bi-konische Form
prinzipiell durch Schleifen erhalten wird.
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Zur Überwindung
dieser Nachteile sind Messer entwickelt worden, deren Schneidkante
durch zwei asymmetrische Seiten definiert ist, von denen eine dadurch
gehärtet
ist, dass das Schneidprofil mit harten Oxiden behandelt ist. Ein Messer
dieser Art ist in dem Dokument WO-A-0021722 beschrieben. Der Zweck
dieses bekannten Messers besteht darin, die Menge an Stämmen, die
während
der Lebensdauer des Messers geschnitten werden, zu erhöhen und
die Anzahl der Schärfvorgänge, die
während
der Lebensdauer des Messers erforderlich sind, zu reduzieren und
die Veränderung
des Messerdurchmessers aufgrund der Abnutzung durch das Schärfen zu
minimieren. Jedoch erfüllt
dieses Messer nicht die Erwartungen im Hinblick auf Lebensdauer,
Herabsetzung der Abnutzung und Reduktion der Schärffrequenz.
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Aufgaben und Zusammenfassung
der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schärfeinheit zu schaffen, die
es möglich
macht, das Messer effizient zu schärfen, die Abnutzung herabzusetzen
und die Notwendigkeit, wesentliche Auslenkungen der Schärfschleifräder zur
Kompensation der Messerabnutzung zu vermeiden, die aus häufigen Schärfoperationen
resultieren.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Schärfverfahrens,
welches einfacher ist und effizienter schärft als bekannte Verfahren,
sowie in der Schaffung einer Schneidmaschine, die solches Verfahren
verwirklicht.
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Nach
einem ersten Aspekt beschäftigt
sich die Erfindung mit einer Schärfeinheit
zum Schärfen eines
scheibenförmigen
Messers mit einer Schneidfase mit einer kontinuierlichen kreisförmigen Schneidkante,
die ein erstes Schleifrad und ein zweites Schleifrad aufweist, welches
auf einer ersten Seite und auf einer zweiten Seite der Fase wirkt,
wie im Patentanspruch 1 angegeben ist.
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Die
beiden Schleifräder
sind vorteilhafterweise mit einer Bewegung versehen, die sie auf
das Messer in einer Richtung zu bewegt und von dem Messer weg bewegt,
die im Wesentlichen parallel zu ihren jeweiligen Rotationsachsen
ist. Der Zweck dieser Bewegung besteht darin, die Schleifräder in der Arbeitsposition
und in der nicht arbeitenden Position zu positionieren und die Abnutzung
des Messers zu regenerieren, die durch die aufeinander folgenden Schärfoperationen
auftritt.
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Das
Schleifrad mit dem größeren Korn
dient zur Ausführung
des aktuellen Schärfens
und wirkt auf eine Seite der Fase, die nach dem anfänglichen Schärfen die
Oberflächenhärt-Behandlung
verliert. Im Gegensatz dazu wirkt das erste Schleifrad mit extrem
feinem Korn auf diejenige Seite der Fase ein, die bestimmt ist,
die Oberflächenhärt-Behandlung
zu bewahren und wirkt einfach zur Entfernung irgendwelcher Grate
von der Schneidkante, während
es auch das Messer stützt,
um Verbiegung zu verhindern, die durch den vom zweiten Schneidrad
ausgeübten
Druck erzeugt werden könnte.
Die beiden Schleifräder
können
mit ihrer Wirkung gleichzeitig beginnen. Nichts desto weniger kann
das Schleifrad mit der feinsten Körnung mit seiner Aktion vor
dem Schleifrad mit größerem Korn
beginnen und die Betriebsposition mit Verzögerung verlassen, um ein optimales
Betriebsverhalten der Schleifeinheit zu erhalten. Vorzugsweise ist
die Verzögerung,
mit welcher das erste Schleifrad sich von dem Messer relativ zu dem
Augenblick löst,
an welchem das zweite Schleifrad mit seiner Wirkung auf die Fase
des Messers endet, gleich wenigstens einer vollständigen Umdrehung
des Messers. Die stellt sicher, dass alle Grate aus der Schneidkante
eliminiert sind.
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Die
Neigung des ersten Schleifrades ermöglicht es, nur in der Nähe der Schneidkante
zu wirken, das heißt
an der Spitze der Fase, und nicht längs der gesamten Ausdehnung
der Seite der Fase. Die Stärke
der Oberflächenbehandlung
des Messers, die Tatsache, dass das Schleifrad bezüglich der
Seite der Fase nicht angreift und ihre Winkelposition bedeuten, dass
die Schneidkante, das heißt
die Linie, längs
der die beiden Seiten und der Oberflächenbereich des Messers unmittelbar
neben dieser Linie sich treffen, innerhalb der Stärke des
Materials des Messers bleiben, das der Oberflächenhärt-Behandlung unterworfen worden is, und
zwar unabhängig
davon, ob es durch eine Schicht oder eine Penetration von Partikeln – zum Beispiel
durch thermische Behandlung – in
die Struktur des das Messer formenden Grundmaterials gebildet ist.
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Die
Schleifräder
können
leer laufen und daher durch das drehende Messer in Rotation mitgenommen
werden. Nichts desto weniger sind sie vorteilhafterweise angetrieben.
Die angetriebenen Schleifräder
können
gegen das Messer mit geringerem Druck angepresst werden, wodurch
es möglich wird,
eine glatter geschliffene Fläche
zu erhalten. Mischlösungen
können
auch benutzt werden, gemäß welchen
ein Schleifrad mitgenommen und das andere angetrieben ist oder gemäß welchem
mehr als zwei Schleifräder
vorgesehen sind, von denen einige angetrieben und andere mitgenommen
werden.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung sind die Neigungen der beiden Schleifräder vorzugsweise
gleich und entgegengesetzt bezüglich
der liegenden Ebene der Messer-Schneidkante.
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Nach
einem weiteren Aspekt beschäftigt
sich die Erfindung mit einer Schneidmaschine zum Schneiden von Stämmen aus
aufgewickeltem Material, wie in Anspruch 9 angegeben.
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Vorteilhafterweise
kann die Neigung des ersten Schleifrades bezüglich der ersten Seite der
Fase und der Stärke
der Härtbehandlung
es ermöglichen, dass
die Schneidkante des Messers innerhalb desjenigen Volumens verbleibt,
welches der Härtbehandlung
unterworfen worden ist.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sie sich auf ein Verfahren
zum Schärfen
eines scheibenförmigen
Messers, das um eine Rotationsachse dreht, wie in Anspruch 24 definiert
ist.
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Weitere
vorteilhafte Eigenschaften und Ausführungsformen der Schärfeinheit,
der Schärfmaschine
und des Schärfverfahrens
gemäß der Erfindung sind
in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Kurze Bezeichnung der
Figuren
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Die
Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung
besser verstanden, die ein nicht beschränkendes praktisches Beispiel
der Erfindung erläutern.
Es zeigen:
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1:
eine zusammenfassende Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schneidmaschine;
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2:
eine Stirnansicht gemäß II-II
aus 1;
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2A:
eine Abwicklung in der Ebene der Steuernocke aus 2;
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3:
eine Seitenansicht teilweise im Schnitt gemäß III-III aus 2;
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4:
einen teilweise vergrößerten Schnitt einer
Einzelheit aus 3;
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5:
eine Stirnansicht eines Schneidmessers;
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6A und 6B:
zwei vergrößerte Ausschnitte
entsprechend einer radialen Ebene der Schneidfase des Messers aus 5 bzw.
des neuen Messers und des vollständig
abgenutzten Messers;
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7:
eine stark vergrößerte Ansicht
der Schneidfase und der Schneidkante des Messers während ihrer
Verwendung und nach wenigstens einer ersten Schleifoperation;
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8:
eine vergrößerte Ansicht
der Anordnung der Schleifräder
in einer der Schärfeinheiten der
Schleifmaschine;
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9:
einen Längsschnitt
von einem der beiden Schleifräder
mit den jeweiligen Betriebsmechanismen; und
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10:
einen teilweisen Querschnitt längs der
Linie X-X aus 9.
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Ins Einzelne gehende Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung
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1 zeigt
schematisch (begrenzt auf ihren vorderen Teil) eine Schneidmaschine,
im ganzen mit 1 bezeichnet, in welcher die vorliegende
Erfindung verwirklicht ist. Die Maschine besitzt einen Zufuhrweg
für Stämme L, die
geschnitten werden sollen und die durch Schieber 3 geschoben
werden, die an einem flexiblen Kettenelement oder dergleichen 5
befestigt sind, welch letzteres um ein von einer festen Struktur 7 getragenes
Antriebsrad getragen ist. In 1 ist nur
ein Antriebsrad 9 sichtbar, während das andere sich an dem
nicht dargestellten rückwärtigen Ende
der Schneidmaschine befindet. Tatsächlich, wie dem Fachmann klar
ist, gibt es mehr als ein flexibles Element 5, die parallel zueinander
sind und mehrere Reihen von Stämmen
L entsprechend paralleler Wege zuführen. Im dargestellten Beispiel
sind für
die gleichzeitige Zufuhr von vier Stämmen L, die nebeneinander positioniert
sind, vier Kanäle
vorgesehen.
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Das
dem jeweiligen der verschiedenen parallelen Zuführkanäle für die Stämme zugeordnete flexible Element 5 kann
separat von anderen angetrieben sein, um die Bewegung der Stämme in jedem Zufuhrkanal
zu staffeln.
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Ein
Schneidkopf 11 trägt
mittels eines Lagers 13 eine Dreheinheit 17. Die
Einheit 17 dreht sich um eine horizontale Achse A-A parallel
zur Zufuhrrichtung fL für
die Stämme
L. Im dargestellten Beispiel sind drei scheibenförmige Messer 19A, 19B, 19C auf der
Dreheinheit 17 befestigt und wechselseitig um 120° um die Achse
A-A voneinander beabstandet, wie man besonders aus 2 erkennt.
Jedes der drehenden scheibenförmigen
Messer 19A, 19B, 19C dreht sich um seine
eigene Drehachse B-B, die parallel zur Achse A-A und zur Zufuhrrichtung
fL der Stämme
L ist.
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Ein
Motor 21 überträgt mittels
eines Gurtes 23 die Drehbewegung auf die Dreheinheit 17.
Ein zweiter Motor 25 ist auf dem Lager 13 der
Dreheinheit 17 positioniert und überträgt mittels eines Gurtes 27 die
Drehung auf eine Welle, die ihrerseits die scheibenförmigen Messer 19A, 19B und 19C mittels einer
noch zu beschreibenden Übertragung
in Umdrehung versetzt. Mittels eines Gurtes 31 treibt ein dritter
Motor 29 das Antriebsrad 9 des Drehelementes 5 in
Rotation. Wie erwähnt,
kann ein Antriebsrad 9 jedem Kanal mit seiner eigenen Motoreinheit 29 zugeordnet
sein, der als Funktion der Winkelposition der Dreheinheit 17 geeignet
gesteuert wird, da mehrere parallele Kanäle für die Zufuhr der Stämme L vorgesehen
sein können,
die zur Bildung der kleinen Rollen R unabhängig voneinander zu schneiden sind.
Eine programmierbare Steuereinheit 35 synchronisiert die
Winkelposition der Einheit 17 mit der Zufuhrbewegung der
flexiblen Elemente 5, die auf den Motor oder die Motore 29 einwirken.
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2 und 3 zeigen,
wie die Dreheinheit 17, die durch die Nabe 17A in
Drehung versetzt wird mit intern drei gezahnte Räder, die um die Achse A-A relativ
zueinander um 120° beabstandet,
und mit 41A, 41B und 41C bezeichnet sind,
trägt.
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Diese
Räder kämmen mit
einem zentralen Zahnrad 43, das auf eine Welle 45 aufgekeilt
ist, die ihre Bewegung von dem Motor 25 durch den Gurt 27 erhält.
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Die
Zahnräder 41A, 41B und 41C sind
auf jeweilige Spindeln 47A, 47B und 47C aufgekeilt,
auf welche ihrerseits Zahnrollen 49A, 49B und 49C aufgekeilt
sind. Jede der Zahnrollen 49A, 49B und 49C überträgt die von
dem Motor 25 erhaltene Bewegung durch Zahngurte 51A, 51B, 51C auf
die drehenden scheibenförmigen
Schneidmesser 19A, 19B und 19C.
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Wie
man im Einzelnen aus 4 für das Messer 19C entnimmt, überträgt der Zahngurt 51A, 51B, 51C die
Bewegung auf eine Zahnrolle 53A, 53B, 53C,
die auf eine Achse 55A, 55B, 55C aufgekeilt
sind, auf deren gegenüber
liegendem Ende die jeweiligen scheibenförmigen Messer 19A, 19B und 19C aufgekeilt
sind.
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Jeder
der Wellen wird von Lagern 57 in jeweiligen Buchsen 59A, 59B, 59C getragen,
die auf Gleitlagern 61 gleiten, welche in jeweiligen Sitzen 63A, 63B, 63C an
der Dreheinheit 17 befestigt sind. Die Winkelbewegung um
die Achse B-B jeder Buchse 59A, 59B, 59C wird
von einem Anschlag 58 verhindert, der mit der jeweiligen
Buchse integral ist, die mit den Rädern 60 kooperiert,
welche leer drehend in dem Gleitsitz der Buchse gehalten sind.
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Hinten,
das heißt
auf der gegenüber
liegenden Seite bezüglich
des scheibenförmigen
Messers 19C besitzt jede Buchse 59A, 59B, 59C einen
vergrößerten Bereich 65A, 65B, 65C,
welcher die Zahnrollen 53A, 53B, 53C beziehentlich
beherbergt, wobei auf diesen ein Rad 67A, 67B, 67C im
Leerlauf befestigt ist, die den Taster für eine feste Nocke 71 bilden,
die sich in einem Umfangsbogen, wie insbesondere 2 zeigt,
erstreckt und in ihrer Abwicklung in der Ebene in 2A dargestellt
ist.
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Der
Umfangsbogen, längs
welchem sich die Nocke 71 erstreckt, besitzt seine Mitte
auf der Achse A-A für
die Drehung der Dreheinheit 17 und erstreckt sich im unteren
Teil des Weges jedes scheibenförmigen
Messers 19A, 19B, 19C, das heißt in die
Zone, in der das Messer in das zu schneidende Produkt eintaucht.
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Durch
die Wirkung der Nocke 71 und der Taster 67A, 67B, 67C läuft jede
Buchse 59A, 59B, 59C, die dem jeweiligen
scheibenförmigen
Messer 19A, 19B, 19C zugeordnet ist,
mit einer abwechselnden Bewegung entsprechend dem Doppelpfeil f1. Folglich
erfahren die jeweiligen scheibenförmigen Messer 19A, 19B, 19C die
gleiche Bewegung. Die Bewegung entsprechend dem Pfeil f1 ist parallel
zur Zufuhrrichtung der Stämme
L oder anderer lang gestreckter zu schneidender Produkte. Der Kontakt
der Taster 67A, 67B, 67C mit der Ringnocke 71 wird durch
eine Anordnung von Belleville-Federn, das heißt durch eine Art Haarnadelfedern 72A, 72B, 72C, sichergestellt,
die zwischen der Dreheinheit 17 und den vergrößerten Abschnitten 65A, 65B, 65C der Buchsen 59A, 59B, 59C wirken.
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Längs des
unteren Bogens der kreisförmigen Bahn,
der jedes der scheibenförmigen
Messer 19A, 19B, 19C folgt, wird das
Messer durch die Ringnocke 71 vorwärts geschoben, die die Druckkraft
der jeweiligen Federn 72A, 72B, 72C überwindet.
Auf diese Weise bewegt sich dasjenige Messer, das gerade im Betrieb
ist, das heißt
in das die Stämme
L bildende Material eintaucht, vorwärts und folgt damit der Vowärtsbewegung
der Stämme
L längs
des Zufuhrweges.
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Die
Vorwärtsbewegung
wird durch eine ansteigende Rampe 71A der Nocke 71 (2A)
gesteuert. Die Vorwärtsbewegung
beginnt, ehe das jeweilige Messer 19A, 19B, 19C in
das den ersten der zu schneidenden Stämme bildende Material eintaucht,
so dass zu demjenigen Zeitpunkt, an welchem der Kontakt mit dem
Messer beginnt, es sich bereits vorwärts bewegt mit der gleichen
Geschwindigkeit, wie das zu schneidende Material, entsprechend dem
Pfeil fL.
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Wenn
das Messer aus dem Stamm L auftaucht, wird es vermöge der Federn 72 zur
Rückkehr veranlasst,
welche den Taster 67 in Kontakt mit der abfallenden Rampe 71D der
kreisförmigen
Nocke 71 hält,
welche durch einen Abschnitt des Umfangs begrenzt ist, dem der Taster 67C folgt,
da im oberen Teil der Bewegung das Messer 19A, 19B oder 19C nicht mehr
der Bewegung der Rolle folgen muss. Die Vowärtsbewegung der Rolle L wird
in der gleichen Weise gesteuert, wie das in dem Dokument EP-B-0507750
beschrieben ist.
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Die
beträchtliche
Länge der
Gurte 51A, 51B und 51C versorgt die Zahnrollen 53A, 53B oder 53C mit
genügend
Bewegungsfreiheit in axialer Richtung, so dass die jeweiligen scheibenförmigen Messer
sich vorwärts
bewegen und zurückkehren
können,
ohne darin durch die mechanische Bewegungsübertragung von der zentralen
Achse behindert zu werden. Die axiale Ausdehnung der Zahnrollen 53A, 53B und 53C sowie 49A, 49B, 49C kann
größer als
die Höhe der
jeweiligen Gurte 51A, 51B, 51C sein,
um zu ermöglichen,
dass die Gurte auf den Antriebsrollen geringfügig gleiten können.
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Integral
mit jeder Buchse 59A, 59B, 59C befindet
sich ein Lager 73A, 73B, 73C, von denen
jedes eine Schärfeinheit 80 trägt, die
ein Paar von Schleifrädern 81, 83 umfasst,
um das jeweilige drehende scheibenförmige Messer 19A, 19B, 19C zu
schärfen. Jedes
Schleifrad des Paares von Schleifrädern 81, 83,
das jedem Messer zugeordnet ist, wirkt auf eine der beiden Seiten
der Schneidfase des Messers, was im Einzelnen unter Bezugnahme auf
die 5–7 beschrieben
wird.
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Die
Schleifräder 81 und 83 können angetriebene
Schleifräder
sein, das heißt,
dass sie durch spezielle Motore wie etwa pneumatische Motore in Drehung
gezogen werden, obgleich es auch möglich ist, Schleifräder zu verwenden,
die leer laufend befestigt sind und in Drehung durch die Kontaktreibung mit
dem scheibenförmigen
Messer gezogen werden. Eine Zufuhr von Druckluft zu den Betätigern,
die den drei Paaren von Schleifrädern 81, 83 zugeordnet sind,
kann durch einen axialen Drehverteiler besorgt werden, der nicht
dargestellt und an sich bekannt ist.
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Die
beiden Schleifräder 81, 83 jeder
Schärfeinheit 80 erhalten
auch eine Bewegung parallel zu ihren Drehachsen, um alternativ in
Kontakt mit dem jeweiligen drehenden scheibenförmigen Messer zu gelangen und
von diesem sich wegzubewegen, da das Schärfen nicht kontinuierlich stattfindet,
sondern in regulären
Intervallen ausgeführt
wird, wie das Messer stumpf wird und Schärfen erfordert. Die Struktur des
Mechanismus, der ein Drehen der Schleifräder bewirkt und veranlasst,
sie auf das jeweilige Messer zuzubewegen und sich von diesen wegzubewegen, wird
anhand der 9 und 10 beschrieben.
Die Anordnung der beiden Schleifräder 81, 83 jeder Schärfeinheit 80 ist
insbesondere in der vergrößerten Detaildarstellung
der 8 gezeigt.
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Jedes
der Messer 19A, 19B, 19C ist, wie in 5–7 dargestellt,
gestaltet, in der eines der drei Messer 19A, 19B, 19C gezeigt
und einfach mit dem Bezugszeichen 19 versehen ist.
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Das
Messer 19 besitzt einen scheibenförmigen Korpus, der durch zwei
ebene Seiten 201A, 201B, die parallel zueinander
sind, und eine kreisförmige
Schneidkante 203 begrenzt ist. Daher besitzt es im Wesentlichen
eine kontinuierliche Dicke im Bereich von 1,5 bis 4 mm und vorzugsweise
zwischen 2 und 3 mm, und insbesondere zum Beispiel 2,5 mm.
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Die
Schneidkante 203 repräsentiert
die Endkante einer Schneidfase, die im Ganzen mit 205 bezeichnet
ist. Die Schneidfase ist durch zwei Seiten 207 und 209 begrenzt.
Die erste Seite 207 erstreckt sich radial (das heißt in der
Richtung des Radius des scheibenförmigen Messers) weiter als
die zweite Seite 209 sich in radialer Richtung erstreckt.
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Wenigstens
die Seite 207 wurde einer Oberflächenhärtebehandlung unterworfen.
In dem hier beschriebenen praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung
kann die Behandlung aus einer gesteuerten thermischen Nitritbehandlung,
wie insbesondere Nitreg-Behandlung bestehen. Tatsächlich kann
die gesamte Oberfläche
des Messer dieser Behandlung unterworfen sein, da sie einfacher
und weniger aufwendig ist, als Teile des Messers zu maskieren, die keine
Behandlung erfordern. Alternativ kann die gesamte Oberfläche des
Messers der Behandlung unterworfen werden, mit Ausnahme der Seite
der Schneidfase, auf welche das Schleifrad mit dem größter. Korn
einwirkt, welches dazu bestimmt ist, das tatsächliche Schärfen auszuführen. Auf diese Weise kann
die Lebensdauer des Schleifrades verlängert werden. Die gesteuerte
thermo-chemische Nitritbehandlung dringt in die Basis des Materials
des Messers um eine Tiefe T (7) ein,
beispielsweise etwa 100 Mikrometer. Alternativ kann, wie hier vorstehend
angegeben, die Oberflächenhärte-Behandlung
in der Form einer Schicht eines härteren Materials auf der Oberfläche des
Messers geschehen oder selbst in einem verkleinerten Bereich des
Messerkorpus, der dazu mit der Ablagerung aufgefüllt sein kann.
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6A zeigt
die Fase des Messers vor der ersten Schärfoperation mit einer zusammenhängenden
Oberflächenbehandlung über die
gesamte Oberfläche.
In diesem Anfangszustand liegt die Schneidkante 203 auf
einer Ebene PG, die sich parallel zur Medianebene PM des Messers
erstreckt, die durch die zur Rotationsachse B-B senkrechte Ebene
repräsentiert
wird und von den Seiten 201A, 201B des Messerrumpfes
gleich beabstandet ist. Die Liegeebene PG der Schneidkante ist bezüglich der
Medianebene PM des Messers zur zweiten Seite 209 der Fase 205 verschoben.
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Für ein neues,
in 6A gezeigtes Messer ist die Seite 207 durch
eine konische Fläche
definiert, deren Achse mit der Rotationsachse B-B des Messers koinzidiert
und mit einer Neigung α bezüglich der Liegeebene
PG der Schneidkante 203 sich befindet. Der Winkel α kann beispielsweise
etwa 8° betragen. Die
Seite 209 hat ebenfalls eine konische Form, die mit der Achse B-B
koaxial ist und bezüglich
der Ebene PG eine Neigung von β besitzt.
Der Winkel β ist geringfügig größer als
der Winkel α und
kann beispielsweise 10° betragen.
Jedoch ist die Möglichkeit nicht
ausgeschlossen, dass der Winkel α eine
Größe von 0° besitzt.
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In 6B ist
das maximal abgenutzte Messer dargestellt. Die Seiten 207, 209 haben
die gleiche Neigung, jedoch die Seite 207 erstreckt sich
jetzt in einer radialen Richtung weniger als die Seite 209. Weiter
ist die Liegeebene PG der Schneidkante 203 bezüglich der
medialen Ebene PM zur ersten Seite 207 und nicht zur zweiten
Seite 209 verschoben. Da die relativen Abmessungen der
beiden Seiten sich verändern,
während
das Messer abgenutzt wird, wird allgemein Bezug genommen auf die
Dimensionen des neuen Messers, das sich vor der Abnutzung durch
das anfängliche
Schärfen
befindet, wenn nichts anderes im vorliegenden Text und den beigefügten Ansprüchen angegeben
ist.
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Das
Messer besteht aus einem Molybdän-Chrom-Stahl,
wie etwa X150CrMo12-Stahl,
wobei die Nitreg-Behandlung selbst eine Härte von 72-73 HRC für die Penetrationstiefe
der gesteuerten Nitritbehandlung erreicht.
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Wie
insbesondere in der vergrößerten Einzeldetaildarstellung
der 8 angegeben ist, sind die beiden Schleifräder 81 und 83 mit
gleicher Neigung und bezüglich
der Ebene PG der Schneidkante 203 des Messers 19 entgegengesetzt angeordnet, das
heißt
bezüglich
einer Ebene, die zur Rotationsachse B-B des Messers 19 orthogonal
sich erstreckt. Im Einzelnen sind die beiden Schleifräder um einen Winkel β bezüglich der
Liegeebene der Schneidkante des Messers geneigt. Dies bedeutet,
dass das Schleifrad 83, welches auf die Seite 209 einwirkt,
um einen Winkel β bezüglich der
Ebene PG geneigt ist, parallel zur Seite arbeitet und das tatsächliche
Schärfen
des Messers durchführt.
Der Abtrag von Material von der Seite des Messers durch das zweite
Schleifrad 83 verändert
nicht die konische Form der Seite 209 der Fase und ihre
Neigung bezüglich
der ursprünglichen
Neigung.
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Im
Gegensatz dazu berührt
das erste Schleifrad 81, welches auf die Seite 207 der
Fase 205 einwirkt, nur die Seite in dem Bereich am nächsten zur
Schneidkante aufgrund des Neigungsunterschieds zwischen der Seite 207 (geneigt
um einen Winkel α bezüglich der
Ebene PG) und dem Schleifrad (geneigt durch einen Winkel β bezüglich dieser Ebene).
Die Kontaktbedingungen zwischen den Seiten der Fase 205 und
den beiden Schleifrädern
sind in der Vergrößerung in 7 dargestellt,
in welcher die beiden Schleifräder 81, 83 gestrichelt
angegeben sind. Wie man aus 7 entnimmt,
wird die Schneidkante 203 aufgrund des geringen Unterschiedes
zwischen der Neigung der Seite 207 und dem Schleifrad 81 und
aufgrund der beträchtlichen
Eindringtiefe T der Oberflächenhärte-Behandlung,
insgesamt in einer Stärke
des Materials des Messers 19 produziert, das dieser Behandlung
unterworfen wurde. Die Schneidkante 203 und die Abschnitte
der Seiten der Fase unmittelbar neben dieser Schneidkante bleiben stets
innerhalb der Dicke, die der Härtung
nicht unterworfen worden ist, unabhängig vom Abnutzungsgrad des
Messers. Daher wird die Schneidkante auf beiden Seiten gehärtet. Dank
der symmetrischen Auslegung der Schleifräder 81, 83 hat
es weiterhin einen symmetrischen Abschnitt bezüglich seiner Liegeebene PG
mit den daraus folgenden Vorteilen in Bezug auf dynamische Belastungen
des Messers.
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Die
beiden Schleifräder 81 und 83 haben
besonders hervorzuhebende abrassive Eigenschaften. Tatsächlich,
wie bereits erwähnt,
dient das zweite Schleifrad 83 für die aktuelle Schärfoperation
und besitzt folglich eine Korngröße, die
für diesen
Zweck geeignet ist. Andererseits besteht die Funktion des Schleifrades 81 darin,
das Messer gegen die Belastung zu stützen, die von dem Schleifrad 83 ausgeübt wird,
und alle Grate zu beseitigen, die längs der Schneidkante 203 durch
das Schleifrad 83 erzeugt worden sind, obgleich dieses
tatsächlich
die Schärfoperation
nicht tatsächlich
ausführt,
sondern lediglich die Fase poliert. Daher besitzt es ein viel feineres Korn
als das Schleifrad 83 und wird die Oberflächenschicht
der Seite 207, die der Härtebehandlung
unterworfen worden ist, nicht abrasieren, mit Ausnahme eines vernachlässigbaren
Ausmaßes
und lediglich in der Nachbarschaft der Schneidkante, das heißt an der
Spitze der Fase 205.
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Typischerweise
kann das Schleifrad 81 unter Bezugnahme auf die DIN-Norm
und ISO-Norm 6146-1979 Diamantkörner
oder Äquivalente
dazu besitzen und ein extrem feines Korn haben, das heißt von 7
bis 46 (ISO-Norm) und vorzugsweise in der Nachbarschaft oder gleich
dem Minimalwert 7, entsprechend einer Dimension des Siebes von 37
bis 44 Mikrometer. Das Schleifrad 83 kann andererseits
mit der gleichen Art von abrassivem und feinem Korn entsprechend
der DIN-Norm und der ISO-Norm 6106-1979 hergestellt werden, das
ist 45 und 91 (ISO-Norm), entsprechend den Schirmmaschen mit Dimensionen
zwischen 53 und 74 Mikrometern. Vorzugsweise beträgt die Korngröße dieses
Schleifrades etwa 7-80 (ISO).
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Mit
dieser Anordnung ist die Abnutzung des Messers, die durch das Schärfen bewirkt
wird, sehr begrenzt, so dass eine beträchtlich lange Lebensdauer des
Messers erreicht wird, die wesentlich größer ist als die übliche Lebensdauer
traditioneller Schleifräder
(in Bezug auf die Anzahl der durchgeführten Schnitte) mit einer begrenzten
Variation des gesamten Durchmessers des Messers von beispielsweise
etwa 15 bis 20 mm für
Messer mit Anfangsdurchmessern, die üblicherweise zwischen 500 und 600
mm liegen.
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Zusätzlich zu
den niedrigeren Kosten erweiterbarer Materialien hat dies weiterhin
den Vorteil, die Notwendigkeit für
Schleifräder
zu eliminieren, sie mit einer Bewegung zu versehen, die sie graduell
auf die Achse der Messer zu bewegt, um die Abnutzung wieder herzustellen,
und die Position des Messers bezüglich
der Drehachse der Einheit, die es trägt, einzustellen, da die Durchmesservariation,
die sich aus der Abnutzung ergibt, durch einfache Bewegung gegen
das Messer und weg von ihm erhalten werden kann, mit welcher die
Schleifräder
periodisch in die Betriebsposition bzw. Ruheposition gebracht werden.
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9 zeigt
einen Längsschnitt
von einem der Schleifräder 81 und
von dem relativen axialen Stütz-
und Rotations- und Schwenk-System. Das Schleifrad 83 ist
befestigt und die Dreh- und Schwenkbewegung desselben werden in
gleicher Weise gesteuert.
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Das
Schleifrad 81 ist auf eine Welle 85, die von Lagern 87 in
einer Buchse 89 getragen wird, aufgekeilt. Die Buchse gleitet
auf den Gleitlagern 91 innerhalb einer Tragbuchse 93,
die integral mit dem Lager 73C verbunden ist. An dem gegenüber liegenden Ende
in Bezug auf die Position des Schleifrades 81 ist die Welle 85 mit
einer Hohlwelle 95 verbunden, die mit einem Kupplungssplint
an der Motorwelle 99 eines pneumatischen oder äquivalenten
Motors 101 angekuppelt ist.
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Die
Buchse 89 hat eine Spiralnut 103, die sich über einen
spiraligen Bogen erstreckt, der extrem reduziert ist und bezüglich der
Achse C-C der Welle 85 des Schleifrades 81 stark
geneigt ist. Ein Rad 105 ist leerlaufend auf einer Spindel 106 befestigt,
die von dem Lager 93 getragen wird, und welches in die
Spiralnut 103 eingreift. Die Anordnung der Nut 103 und
des Rades 105 kann umgekehrt sein, wobei die Nut integral
mit der Lagerbuchse 93 und das Rad integral mit der Buchse 89 sind.
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Mit
dieser Anordnung bewirkt eine winkelmäßige Schwingung um die Achse
C-C der Buchse 89 ihr axiales Gleiten längs der Achse C-C durch die Wirkung
des Rades 105, welches auf einen Nocken im Inneren des
Spiralkanals 103 einwirkt, der als eine desmodromische
Nocke wirkt.
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Die
winkelmäßige Bewegung
um die Achse C-C der Buchse 89 wird durch ein Paar Kolben-Zylinder-Betätigern 108A, 108B,
die parallel zueinander liegen, beeinträchtigt, die insbesondere im
Schnitt der 10 zu erkennen sind. Die Zylinder
dieser Betätiger
sind integral mit der Lagerbuchse 93, während die Kolbenstangen sich
in die Buchse erstrecken und ihre Enden ruhen auf einer Fläche 110,
die auf der Buchse 89 ausgebildet ist. Durch Ausdehnen
eines der beiden Betätiger 108A, 108B und
Zurückziehen des
anderen wird eine Oszillation des Lagers 89 um die Achse
C-C und folglich eine Axialbewegung der Buchse und des Schleifrades,
das von ihr getragen wird, bewirkt.
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Mit
einer Anordnung dieser Art ist es möglich, hoch präzise den
Druck zu steuern, der von jedem der beiden Schleifräder 81, 83 auf
die jeweilige Seite des entsprechenden scheibenförmigen Messers 19A, 19B, 19C ausgeübt wird.
Dies wird erreicht durch Steuern des unter Druck befindlichen Fluids
im Inneren der Betätiger 108A, 108B.
Auf diese Weise kann das Schärfen
der Messer exakt gesteuert werden, was die Abnutzung beschränkt und
gleichzeitig optimales Schärfen
gewährleistet.
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Selbstverständlich zeigt
die Zeichnung lediglich ein nicht beschränkendes Beispiel der Erfindung, die
in Formen und Anordnungen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung,
wie sie durch die Ansprüche
definiert ist, variiert werden kann. Bezugzeichen in den beigefügten Ansprüchen sollen
lediglich ihr Verständnis
unter Bezugnahme auf die vorstehende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen erleichtern
und den Schutzbereich nicht beschränken.