DE4014424A1 - Rotationsschaelmaschine fuer baumstaemme - Google Patents
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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.
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 (11)
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.
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