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Verfahren und Vorrichtung zum spanlosen Schneiden von
Holz u. a. Materialien
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In Fig. l ist mit 1 das Materialstück, z. B. Holz, bezeichnet, das mittels des Messers 2 geschnitten oder aufgeteilt wird. Das Messer wird nach dem Schwingungsschema gemäss der Erfindung in Schwingun- gen versetzt. Dabei ist vorausgesetzt, dass das in Fig. 1 gezeigte Messer 2 in einer geeigneten, nicht ge- zeigten Weise aufgehängt oder befestigt ist und in der Pfeilrichtung mit der Amplitude a in Vibration ver- setzt wird. Die Lage, die das mit durchgehenden Linien gezeichnete Messer 2 in Fig. 1 einnimmt, stellt die Einstellung dar, die die bekannten Vibrationsmesser mit beispielsweise gerader Schneide 3 in bezug auf die Schneidzone in dem zu bearbeitenden Material 1 einnehmen.
Da das Messer 2 gemäss bekannter
Anwendung in schwingende Hin- und Herbewegung senkrecht zur Schneidzone versetzt wird, teilt es das gegen die Messerschneide vorgeschobene Material 1 spanfrei, wobeidasSchneidenunter gleichzeitiger Aus- nutzung der ganzen Länge der Messerschneide stossweise erfolgt. Die Leistung eines solchen Verfahrens ist jedoch, wie eingangs erwähnt, nicht ausreichend und das bekannte Verfahren ist mit den zuvor genannten
Nachteilen behaftet.
Mit der Erfindung wird nun zur Vermeidung dieser Nachteile vorgeschlagen, das Messer 2 in der be- reits bekannten Weise hin und zurück in der Pfeilrichtung schwingen zu lassen und gleichzeitig dieser schwingenden Bewegung eine kippende oder schaukelnde Bewegung zu überlagern, wie dies in Fig. l mit gestrichelten Linien 2A angegeben ist. Diese zeigen die Lage des Messers 2 bei Durchführung des erfin- dungsgemässen Schwingungsverlaufes. Dabei kann das Messer in einer solchen Weise bewegt werden, dass die Schwingungsfrequenzen der beiden verschiedenen Schwingungsbewegungen gleich sind oder dass die
Frequenz der kippenden oder schaukelnden Bewegung halb so gross ist wie die Frequenz der linearen
Schwingungsbewegung.
Anstatt in bekannter Weise für einen kurzen Augenblick mit der ganzen Messerlänge das Holz zu be- arbeiten, wird die Messerschneide durch die schwingende und schaukelnde Bewegung nach dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren nach der Erfindung in jedem Augenblick lediglich mit einem geringen Teil ihrer Länge wirksam. Bei passender Wahl der Schwingungen lässt sich erreichen, dass die Schneidarbeit des Messers kontinuierlich und relativ stossfrei wird.
. Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung mit einer Anzahl von Messern, die die im Zusammenhang mit der Fig. l erörterten Vibrationsbewegungen ausführen, zeigt die Fig. 2 in perspektivischer Darstellung.
Ein im wesentlichen bügelförmiges Gestell ist insgesamt mit 4 bezeichnet. Es trägt den insgesamt mit 5 bezeichneten Rahmen, in welchem in der jeweils gewünschten Teilung mittels der Distanzorgane 6 eine Anzahl Schneidmesser 7 befestigt ist. Deren nicht gezeigte Schneiden sind vom Beschauer in der Darstellung abgewendet. Der Messerrahmen 5, der zweckmässig aus einem Werkstoff ohne remanenten Magnetismus, z. B. Eisenguss, ausgeführt ist, ist am Oberteil bzw. Unterteil mit bogenförmigen Ansätzen 8 bzw. 9 versehen. In der Mitte der senkrechten Rahmenseitenteile tragen diese je einen Lagerzapfen 10 bzw. 11. Diese Zapfen, die koaxial zueinander angeordnet sind, sind in den senkrechten Schenkeln des Gestelles 4 mittels sogenannter Stoss-oder Vibrationsla- ger schwingbar gelagert, wobei die Zapfen 10 und 11 von Ringen 12 aus nachgiebigem Material, z. B.
Kautschuk, Kunststoff od. dgl. umgeben sind. Diese Ringe sind in bekannter Weise von Buchsen 13 umfasst, welche ihrerseits in entsprechenden Bohrungen in den Gestellschenkeln eingeschoben sind. Derartige nachgiebige Lager sind in der Vibrationstechnik an sich bekannt und lassen sich bei der Vorrichtung nach der Erfindung besonders vorteilhaft anwenden, um den Messerrahmen 5 in der gewünschten Vertikallage derart aufzuhängen, dass die Schwingungsbewegungen des Rahmens durch eine feste Lagerung nicht behindert sind, vielmehr der Rahmen sich dem aufgezwungenen Schwingungsschema nachgiebig anpasst.
An der oberen Seite des Gestells 4 befindet sich die mit 14 bezeichnete Konsole, die mit der Fassung 15 versehen ist. Letztere dient der Aufnahme des unmittelbar vor dem Ansatz 8 mit Abstand von diesem angebrachten Elektromagneten 16, dessen Anschlussleitungen 17 und 18 in der Zeichnung angedeutet sind.
In übereinstimmender Weise ist an dem Quersteg 19 od. dgl. am Unterteil zwischen den Schenkeln des Gestelles 4 eine Fassung 20 zur Aufnahme eines weiteren Elektromagneten 21 angeordnet, der unmittelbar vor dem Ansatz 9 mit geeignetem Abstand von diesem vorgesehen ist. Die Anschlussleitungen dieses Elektromagneten sind mit 22 bzw. 23 bezeichnet.
Wie weiterhin aus Fig. 2 ersichtlich ist, trägt der Messerrahmen 5 an seinen vertikalen Seitenteilen jeweils den oberen Zapfen 24 und den unteren Zapfen 25, in welche in senkrechter Lage Blattfedern 26 bzw. 27 eingesetzt sind. Die unteren Blattfedern 27 können in Schlitze 28 im Fuss 29 des Gestelles 4 eingesetzt sein. Sie können darin befestigt sein oder aber die Möglichkeit einer begrenzten vertikalen Be-
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wegung in diesen Schlitzen haben. In ähnlicher Weise sind die Blattfedern 26 mit ihren Enden in Schlitzen 30 im oberen Quersteg des Gestelles 4 eingepasst. Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass die Zapfen 24 bzw. 25 im Rahmen 5 festsitzen oder, falls erwünscht, die Möglichkeit einer begrenzten Relativbewegung in bezug auf den Rahmen haben können.
Mit der beschriebenen Vorrichtung ist der Messerrahmen 5 mit seinen eingebauten Messern 7 derart aufgehängt, dass er durch äussere Einwirkung teils in eine schwingende Hin- und Herbewegung, teils in eine kippende oder schaukelnde Bewegung versetzt werden kann, wobei es die als Beispiel einer nachgiebigen Aufhängung gezeigten Stosslager 12, 13 gestatten, dass sich der Rahmen 5 ohne wesentlichen Widerstand den die Vibration erzeugenden Kräften anpasst, die ihm teils eine lineare Schwingbewegung, teils die gewünschte schaukelnde oder kippende Bewegung mitteilen. Als Schwingungserzeuger werden dabei die beiden Elektromagnete 16 und 21 benutzt, die abwechselnd mit der einen und andern Halbperiode eines Wechselstromes mit einer Frequenz gleich der schwingenden Resonanzfrequenz des aus den Messern und dem Rahmen 5 bestehenden Systems gespeist werden.
Dies erfolgt zweckmässig, indem die beiden Elektromagnete 16 bzw. 21 beispielsweise über Selenventile, die den Wechselstrom zu den beiden Magneten dem gewünschten Vibrationsschema entsprechend wechselweise unterbrechen und speisen, an eine Wechselstromquelle angeschlossen werden.
Damit die Vibrationsmesservorrichtung nach Fig. 2 erfindungsgemäss arbeitet, muss im wesentlichen die Bedingung
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Trägheitsmoment des schwingenden Systems und M dessen Masse bezeichnen. Das Ergebnis ist eine Kombination von vibrierender und kippender oder schaukelnder Bewegung des Rahmens 5 mit den darin eingesetzten Messern (die Schwingungsfrequenz gleich der Hälfte der Translationsfrequenz). Die Messer werden ein gegen sie vorgeschobenes Materialstück längs einer Parabel schneiden, ohne dass dabei die Messerschneiden den Kontakt mit dieser Kurve verlieren.
Die Schwingungsenergie kann selbstverständlich dem System anders als mit Hilfe von Elektromagneten zugeleitet werden. Obwohl nicht gezeigt, kann dies beispielsweise mittels pneumatischer oder hydrau- lischer Organe erfolgen, die in äquivalenter Weise an die Stelle der Elektromagnete treten können.
Ein anderes Verfahren, den Messerrahmen sowie die Messer in die gewünschte kombinierte Vibrationsbewegung zu versetzen, besteht darin, dass diese Betätigung rein mechanisch bewirkt wird, wie es das Ausführungsbeispiel in Fig. 3 darstellt.
Soweit dieselben Teile wie in Fig. 2 vorgesehen sind, tragen sie dieselben Bezugszeichen.
So bezeichnet 5 den Messerrahmen, 6 die Distanzorgane zwischen den Messern 7. Weiterhin sind mit 4 das Gestell und mit 29 die Füsse desselben bezeichnet. Bei der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung ruht der Messerrahmen 5 auf Lagerzapfen 31, welche in den beiden vertikalen Schenkeln des Gestelles 4 befestigt
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möglichen die geradlinige Verstellung des Rahmens in horizontaler Richtung. Die Stosslager 12 und 13 gestatten daneben eine vertikale Bewegung des Rahmens 5, so dass dieser in den gewünschten Richtungen den . Beanspruchungen entsprechend nachgeben kann, denen er ausgesetzt werden kann, wenn er nach dem erfindungsgemässen Vibrationsschema in Vibrationsbewegung versetzt wird.
Die mechanisch wirkende Vorrichtung zur Aufbringung der gewünschten Vibration des Rahmens 5 besteht aus der Antriebswelle 33, die durch einen in der Zeichnung nicht gezeigten Antriebsmotor in einer Richtung angetrieben wird. Die Antriebswelle trägt an jedem Ende ein Zahnrad 34, das den Antrieb auf das Rad 35, das auf dem Lagerzapfen 31 des Rahmens 5 sitzende Rad 36 und das Rad 37 weiterleitet. Das Rad 35 ist auf dem Lagerzapfen 38 an den vertikalen Schenkeln des Gestelles drehbar gelagert. Ebenso ist das Rad 37 auf demlagerzapfen 39 drehbar gelagert, der in den vertikalen Seitenschenkeln des Gestelles 4 befestigtist. Wieinsbesonderebeidemhinteren Zahnradgetriebe ersichtlich ist, sind koaxial zu den Zahnrädern 35 bzw. 37 stillstehende Zahnräder 40 bzw. 41 angeordnet.
Weiterhin sind an den Zahnrädern 35 Zahnräder 42 drehbar gelagert, ferner an den Zahnrädern 37 die Zahnräder 43, wobei die Zahnräder 42 und 43 mit den zugeordneten Zahnrädern 40 bzw. 41 in Eingriff stehen, auf welchen sie somit bei der Drehung der tragenden Räder abrollen. Die Zahnräder 42 und 43 sind mit den Zapfen 44 bzw. 45 versehen, die in Schlitze 46 bzw. 47, welche sich in den einander gegenüberliegenden Seitenteilen des Rahmens 5 befinden, eingreifen.
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Wenn die beiden, an jeder Seite des Rahmens 5 vorgesehenen Zahnradgetriebe durch den Antriebsmotor in Drehung versetzt werden, führen die Zapfen 44 und 45 eine Bewegung aus, die teils aus einer kreisende Bewegung um die Drehachsen der Räder 42, 43 mit einer bestimmten Frequenz, teils aus einer kreisenden Bewegung um die Drehachsen der Räder 35 und 37 zusammengesetzt ist. Dabei ist vorausgesetzt, dass die Frequenz der letztgenannten Bewegung in dem Beispiel halb so gross wie die Frequenz der erstgenannten Bewegung ist. Indem die Zapfen 44 und 45 in die zugeordneten Schlitze 46 und 47 eingreifen, führt der Messerrahmen mit seinen Messern eine vibrierende Bewegung in einer Richtung aus, die zu den dem Beschauer abgewendeten Messerschneiden einen rechten Winkel bildet.
Dieser vibrierenden Bewegung ist eine schwingende und rollende Bewegung überlagert, wobei die rollende Bewegung eine halb so grosse Frequenz wie die geradlinige Schwingungsbewegung hat. Die Messerschneide tangiert dann eine Parabelkurve.
Die Schneidlänge der Messer, d. h. die Länge des wirksamen Teiles der Messerschneiden, wird von dem Verhältnis der folgenden beiden Abstände bestimmt, u. zw. einerseits von dem Abstand zwischen den Achsen der Räder 40 und 42 (bzw. 41 und 43) und anderseits von dem Abstand der Achsen der Räder 42und der Zapfen 44 (bzw. der Räder 43 und der Zapfen 45). Falls dieses Verhältnis beispielsweise 4 : l beträgt, wird die Schneide des Messers während des ganzen Bewegungsverlaufes auf einem Gegenstand längs einer Strecke der Schneide, die dem Abstand zwischen den Achsen der Räder 40 und 41 entspricht, schneiden. Sie arbeitet dabei also stossfrei trotz der vibrierenden Bewegung.
Durch die Wahl eines andern Verhältnisses zwischen den genannten beiden Abständen lässt sich erreichen, dass der arbeitende Teil der Messerschneide länger oder kürzer als der Abstand zwischen den Achsen der Räder 40 und 41 wird.
Indem man die Achsen der Zapfen 44 bzw. 45 mit der Drehachse des dazugehörenden Rades 42 bzw.
43 unter Verwendung eines geeigneten, einstellbaren Exzenters zusammenfallen und ausserdem die Zahnräder 35 aus der gezeigten Lage um etwa 900 zu den Zahnrädern 37 oder umgekehrt drehen lässt, erreicht man in gleicherWeise eine schaukelnde Bewegung und eine und Herbewegung der Messer, in diesem Fall jedoch mit den Messerschneiden eine Hyperbel tangierend. Dies bedeutet, dass die Frequenz der schaukelnden Bewegung ebenso gross ist wie die Frequenz der Hin- und Herbewegung.
Die Möglichkeit, mit der Ausführung gemäss Fig. 3 zwischen Hyperbel- oder Parabelschnitt zu wählen, bringt somit den Vorteil mit sich, dass das für ein bestimmtes Material beste Schneidschema leicht einzustellen ist.
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kurve ebenfalls eine andere Form annimmt.
Die Erfindung ist auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht beschränkt, sondern kann vielmehr im Rahmen der Erfindung variiert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum spanlosenSchneiden von Holz und andern Materialien unter Verwendung von Messerklingen, die gegen das und von dem zu schneidenden Material weg in eine schnelle, geradlinige, schwingende Hin-und Herbewegung versetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Messerklingen zusätzlich in eine schaukelnde oder kippende Schwillgbewegung in der Messerebene versetzt werden.