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Dokumentenidentifikation DE69717552T2 02.10.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0818261
Titel Entschalmesser und seiner Herstellungsmethode
Anmelder Technogenia S.A., Saint Jorioz, FR
Erfinder Maybon, Guy, 74410 Saint Jorioz, FR
Vertreter von Bülow, T., Dipl.-Ing.Dipl.-Wirtsch.-Ing.Dr.rer.pol., Pat.-Anw., 81545 München
DE-Aktenzeichen 69717552
Vertragsstaaten AT, DE, DK, ES, FI, FR, SE
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 03.07.1997
EP-Aktenzeichen 974201071
EP-Offenlegungsdatum 14.01.1998
EP date of grant 04.12.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.10.2003
IPC-Hauptklasse B23B 27/14

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schälmesser zum Schälen von Baumstämmen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und wie es aus dem Dokument CA-A-2 078 355 bekannt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Schälmessers nach den Ansprüchen 1 bis 7.

Das industrielle Schälen von Baumstämmen wird durch Maschinen durchgeführt, wie sie z. B. in dem Dokument CA 2 078 355 A beschrieben sind, die Stützmittel für Baumstämme haben, um einen bedeckten Baumstamm zu tragen und ihn translatorisch in Längsrichtung zu verschieben, wobei er um seine Längsachse gedreht wird. Schälmesser, die mindestens eine Schälkante mit einem Profil von einem rechten Winkel haben, sind seitlich im Anschlag gegen die Seitenfläche des Baumstammes in einer in Längsrichtung festen Position gehalten und entsprechend einer geeigneten Ausrichtung, um die Rinde des Stammes mit der Schälkante abzuschaben.

Solche Maschinen benötigen eine konstante Überwachung, insbesondere aufgrund des Verschleißes der Schälkante des Messers.

Dieser Verschleiß macht die Schälkante zunehmend stumpf und verringert ihre Wirksamkeit. Hieraus resultiert, daß das Entfernen der Rinde unvollständig wird, womit auch die Qualität des Holzes für seine weitere Verarbeitung, wie z. B. die Herstellung von Papiermasse, verringert wird.

Es ist auch erforderlich, die Messer regelmäßig auszuwechseln, um die Schälkanten der Maschine zu erneuern.

Um die Lebensdauer mancher Metallbearbeitungswerkzeuge zu verlängern, hat man Platten aus einem Material mit größerer Härte verwendet oder Platten, die eine Oberflächenbehandlung durch chemische Ablagerung aus einer Dampfphase (C.V.D) erhalten haben, wie es beispielsweise in dem Dokument EP 0 319 926 A beschrieben ist, mittels Abscheiden aus einer Dampfphase unter Druck (P.V.D), durch Nitrieren mittels Laser, wie im Dokument DE 38 08 285 A beschrieben, durch Nitrieren mittels Ionen, durch metallisches Hartbeschichten mit aufgeblasenem Plasma oder durch Oxidation mit großer Geschwindigkeit (H.V.O.F). Allerdings wurden diese Techniken nicht bei Messern zum Schälen von Baumstämmen angewandt und sie sind nicht direkt anwendbar auf die spezielle Geometrie der Schälmesser mit einer scharfen Kante.

Das von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Problem liegt darin, eine neue Schälmesserstruktur vorzuschlagen und ein Verfahren zu dessen Herstellung, die es ermöglichen, den Verschleißwiderstand der Schälkante sehr spürbar zu vergrößern und die Schneidqualitäten, die zum optimalen Funktionieren der Schälmaschine notwendig sind, aufrecht zu erhalten.

Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine Geometrie und eine Verbundstruktur des Schälmessers vorzusehen, die bei ihrer Verwendung einen progressiven Verschleiß unter im wesentlichen Beibehaltung der geeigneten Geometrie der Schälkante bietet und dabei die Geschwindigkeit des Verschleißes der Schälkante verringert.

Um diese sowie weitere Ziele zu erreichen, weist ein Schälmesser nach der Erfindung mindestens eine scharfe Schälkante auf, die von einer Angriffsfläche und einer Fluchtfläche begrenzt ist, mit einer Trägerplatte, von der eine Fläche die Fluchtfläche bildet, wobei die Angriffsfläche durch eine Antiabrieb-Auflage verstärkt ist, die bessere Antiabriebseigenschaften aufweist als diejenigen des die Trägerplatte bildenden Materials. Dank dieser Verbundstruktur mit einer gegen Abrieb sehr viel widerstandsfähigeren Angriffsfläche erhält man ein Phänomen des Selbstnachschärfens, das an der Schälkante die notwendige Geometrie für eine Effektivität des Schälens in zufriedenstellender Weise beibehält. Das Phänomen des Selbstnachschärfens erklärt sich aus dem Unterschied des Verschleißwiderstandes des Materials, das die Trägerplatte bildet und des der Auflage aus Antiabriebmaterial. Die Angriffsfläche ist tatsächlich sehr viel stärker beansprucht als das Substrat. Während im Fall eines homogenen Schälmessers der Verschleiß eine Abrundung der Schneidkante bewirkt, wird im Fall eines Messers nach der Erfindung der Unterschied des Widerstandes der Materialien gestatten, die Geometrie der Schälkante aufrecht zu erhalten. Das wesentlich weniger beanspruchte Substrat verschleißt durch Abrieb im wesentlichen mit derselben Geschwindigkeit wie die Schälkante, die durch Materialien gebildet ist, die gegen Abrieb widerstandsfähig sind. Das Schneidprofil des Messers wird ebenfalls beibehalten, was dazu beiträgt, eine gute Schälqualität sicherzustellen. Das scharfe Profil der Schälkante betont das Phänomen des Selbstnachschärfens unter Beibehaltung des Schneidprofiles.

Vorzugsweise weist die Antiabriebauflage eine gleichmäßige Dicke zwischen etwa 0,2 und 1 mm auf.

Die Antiabriebauflage kann vorteilhafterweise eine Mischung von mit einer Metallegierung verbundenen Körnern aus geschmolzenem Wolframkarbid enthalten.

Die Körner aus geschmolzenem Wolframkarbid haben vorzugsweise eine Korngröße zwischen 40 und 160 Mikrometer.

Die Metallegierung kann vorteilhafterweise eine Ni/Cr/B/Si- Legierung mit einer Härte von zwischen 40 HRC und 60 HRC sein.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines solchen Schälmessers umfaßt das Aufbringen einer Auflage auf die Angriffsfläche mittels einer Einrichtung, die eine Einblasdüse zum mittigen und koaxialen Einblasen von Pulver in einen Laserstrahl aufweist, wobei das Pulver des Auflagenmaterials und der Laserstrahl auf eine Auftreffzone der Trägerplatte gelenkt werden und die Auftreffzone stufenweise verschoben wird, um die mit der Auflage zu versehende Zone der Schälkante abzudecken, wobei der Laserstrahl eine für ein teilweises Schmelzen des Materials für die Auflage und zum Sicherstellen von dessen Anhaften auf der Trägerplatte geeignete Intensität hat.

Weitere Ziele, Charakteristiken und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung von einzelnen Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 zeigt schematisch eine Endansicht der wesentlichen Elemente einer Schälmaschine;

Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht eines Schälmessers nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Ebene A-A der Fig. 2;

Fig. 4 zeigt den zunehmenden Verschleiß eines herkömmlichen homogenen Schälmessers;

Fig. 5 zeigt den zunehmenden Verschleiß eines Schälmessers nach der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Einrichtung zur Herstellung von Schälmessern nach der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 1 dargestellt, enthält eine Schälmaschine im allgemeinen Mittel zum Abstützen von nicht dargestellten Baumstämmen, die es gestatten, einen bedeckten Baumstamm 1 zu tragen und ihn längs seiner Längsachse translatorisch geradlinig zu verschieben, wobei man ihn um seine Längsachse drehen läßt, wie durch den Pfeil 2 dargestellt. Ein Schneidmesser 3, das von einer Halterung 4 getragen ist, wird im Anschlag gegen die Seitenfläche 5 des Baumstammes 1 gehalten. Das Schälmesser 3 weist mindestens eine Schälkante 6 auf, die durch eine Angriffsfläche 7 und eine Fluchtfläche 8 begrenzt ist. Das Messer 3 ist derart angeordnet, daß die Schälkante 6 im wesentlichen parallel zur Längsachse des Baumstammes 1 liegt und in radialer Berührung gegen die Seitenfläche 5 des Baumstammes kommt, gemäß einer geeigneten Ausrichtung derart, daß ihre Angriffsfläche 7 in einer Ebene 9 liegt, die einen spitzen Winkel bildet, beispielsweise ungefähr 45º mit einer Tangente 10 an die Seitenfläche 5 des Baumstammes 1, der in Richtung oberhalb der Angriffszone ausgerichtet ist. Auch kommt die Rinde 11 gegen die Angriffsfläche 7 des Schälmessers 3 zum Anschlag und befindet sich versetzt gegenüber der Oberfläche 5 des Baumstammes, um sich zu Schnitzel 12 zu zerstreuen, wie in der Figur dargestellt.

Das Messer 3 ist mittels jeglicher geeigneter Mittel an dem Träger 4 befestigt, beispielsweise durch eine Schraube 13, die in ein Loch des Schälmessers 3 eingreift.

Der Träger 4 ist dazu vorgesehen, das Schälmesser 3 im radialen elastischen Anschlag gegen die Seitenfläche 5 des Baumstammes 1 zu halten und dabei der generellen unregelmäßigen Form dieser Seitenfläche 5 zu folgen.

Die doppelte Bewegung der axialen Rotation 2 und der Translation in Axialrichtung des Baumstammes 1 ist so ausgebildet, daß das Schälmesser 3 sich spiralig längs der Gesamtheit der Seitenfläche 5 des Baumstammes 1 verschiebt, um die Gesamtheit der Rinde 11 zu entfernen.

In dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Schälmesser 3 mit einer Trägerplatte 14 ausgebildet, beispielsweise aus Stahl, die die Basisstruktur des Schälmessers bildet. Die Trägerplatte 14 kann vorteilhafterweise durch eine Vielzahl von Schälkanten begrenzt sein, die eine polygonale Kontur bilden, beispielsweise durch drei oder vier Schälkanten. Bei der in der Figur dargestellten Realisierung ist die Trägerplatte 14 durch vier Schälkanten 15, 6, 17 bzw. 18 begrenzt, die vorzugsweise den Umriß eines Rechteckes bilden. Der Mittelteil der Trägerplatte 14 ist mit einem Loch 19 versehen, das die Befestigung des Schälmessers 3 an dem Träger 4 gestattet, wie oben erwähnt.

Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kontur der Trägerplatte 14 in Richtung der Angriffsfläche 7 ansteigend, um eine Trägerplatte 14 mit einer oberen konkaven Fläche zu bilden, was die Führung und die Ableitung der Schnitzel 12 begünstigt.

Wie man in den Figuren sieht, bildet eine Fläche der Trägerplatte 14 die Fluchtfläche 8, während die Angriffsfläche 7 durch eine Antiabrieb-Auflage 16 verstärkt ist, die überlegene Antiabriebseigenschaften bildet im Vergleich zu Materialien, wie Stahl, die die Trägerplatte bilden. Die Antiabriebauflage hat eine gleichmäßige Dicke, die vorzugsweise zwischen ca. 0,2 und 1 mm liegt.

Gute Resultate werden erhalten, wenn man als Antiabrieb- Auflage für die Trägerplatte 14 aus Stahl eine Mischung von mit einer Metallegierung verbundenen Körnern aus geschmolzenem Wolframkarbid verwendet, wie z. B. eine Legierung aus Ni/Cr/B/Si.

Man kann Verbesserungen der Funktionsdauer in einem Verhältnis von 1 zu 4 mit folgenden Zusammensetzungen feststellen:

Legierung Ni/Cr/B/Si mit einer Härte 40 HRC 50%

Wolframkarbid geschmolzen zu Pulver mit 160 bis 40 Mikrometer 50%

Diese Zusammensetzung gestattet es, eine sehr kompakte Mischung von geschmolzenen Wolframkarbid-Körnern zu erhalten, die auch mit dieser Beschichtung eine außerordentliche Verschleißfestigkeit gewährt.

Die Vergrößerung der Verschleißfestigkeit trägt auch zu einem Phänomen des Selbstnachschärfens der Schälkante bei, das es gestattet, eine zufriedenstellende Effektivität beizubehalten, selbst nach wesentlichem Verschleiß des Messers.

Das Phänomen des Selbstnachschärfens wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 erläutert. In Fig. 4 ist ein herkömmliches Schälmesser dargestellt, das anfänglich eine spitze Schneidekante 61 hat. Die Schneidekante wird progressiv zunehmend abgerundet, wie mit dem Bezugszeichen 62 dargestellt und wird schließlich vollkommen rund, wie mit dem Bezugszeichen 63 dargestellt. Man versteht, daß die runde Kante 63 für ein wirksames Schälen ungeeignet wird, wobei die Rinde auf der Rundung der Kante 63 dazu neigt, zu gleiten.

In Fig. 5 bildet ein Schälmesser 3 nach der Erfindung eine Schälkante 6 mit der Antiabrieb-Auflage 16. Im zeitlichen Verlauf neigt die Fluchtfläche 8, die den Träger bildet und aus viel schwächerem Material besteht, dazu, sich leichter abzunutzen als die Angriffsfläche 7 aus Antiabriebsmaterialien, so daß die Fluchtfläche 8 stets gegenüber der Angriffsfläche 7 zurücktritt, was eine schärfere Geometrie der Schälkante 6 bewahrt, selbst nach einer langen Einsatzperiode, die einen nicht vernachlässigbaren Verschleiß des Messers bewirkt.

Hieraus resultiert, daß das Messer 3 während einer viel längeren Zeit verwendet werden kann, wobei beobachtet wurde, daß der Verschleiß des Messers durch die Verschiebung des Trägers 4 in Richtung zum Baumstamm 1 während des Einsatzes kompensiert wird.

Für die Herstellung eines solchen Schälmessers 3 ist die Technik der Hartbeschichtung mit einer chemischen Flamme in industrieller Weise nicht anwendbar. Tatsächlich ist die Flamme in Bezug auf die beschichtete Zone relativ ausgedehnt und gestattet nicht die Lokalisierung der Ablagerung des Auflagenmaterials mit Präzision. Diese Technik gestattet darüber hinaus nicht, eine Ablagerung mit gleichmäßiger Dicke zu realisieren, die für das Erhalten eines guten Schnittes notwendig ist. Die Menge der bei einer Flammenoperation verlorenen Legierung macht ein solches Vorgehen ökonomisch nicht rentabel. Untersuchungen haben ein Verhältnis von 1 zu 10 zwischen dem Gewicht der tatsächlich aufgetragenen Mischung und dem Gewicht der für die Ablagerung benötigten Mischung gezeigt. Hieraus resultiert ein nicht vernachlässigbarer Verlust von Wolframkarbid.

Nach der Erfindung weist die Herstellung eines Schälmessers einen Schritt des Aufbringens einer Auflage auf die Angriffsfläche 7 mittels einer eine Pulvereinblasdüse zum mittigen koaxialen Einblasen von Pulver in einen Laserstrahl auf. Fig. 6 zeigt schematisch eine solche Vorrichtung, die nach der Erfindung verwendet werden kann. Diese Vorrichtung enthält einen Leistungslaser 27, der einen kohärenten und monochromatischen Lichtstrahl 28 liefert. Der Strahl 28 breitet sich in einer einzigen Richtung in homogener Weise aus und hat eine einzige Wellenlänge. Die Divergenz des Strahles ist gering.

Eine Anordnung von Umlenkspiegeln 29 und 30 gestattet, den Strahl bis zu einem Fokussierungskopf 31 zu leiten.

Der Fokussierungskopf 31 lenkt den Laserstrahl auf die zu beschichtende Fläche des Schälmessers 3. Der Fokussierungskopf 31 ist zum Fokussieren des Laserstrahles ausgebildet derart, daß er auf das Schälmesser 3 längs einer Auftreffzone 32 mit kleiner Fläche auftrifft, beispielsweise eine Fläche mit einem Durchmesser zwischen ca. 0,5 und 5 mm.

Ein Pulververteiler 52 liefert aus einem Reservoir, das ein Pulver aus einem Material enthält, das zum Bilden der Beschichtung auf der Platte, die das Substrat des Schälmessers 3 bildet, bestimmt ist. Dieses Pulver enthält Körner aus hartem Antiabriebmaterial, die dazu bestimmt sind, ihren festen Zustand unter dem Laserstrahl beizubehalten und Körner aus einer Lötlegierung, die dazu bestimmt sind, unter dem Laserstrahl zu schmelzen. Der Pulververteiler 52 ist so ausgebildet, daß er das Pulver mittels eines Neutralgases, wie z. B. Argon oder Helium, fluidisiert und es pneumatisch in Richtung einer Einblasdüse 33 transportiert mittels Rohrleitungen 34 zur Zufuhr des Pulvers. Die Einblasdüse 33 ist so gestaltet, daß sie den Strahl des fluidisierten Pulvers am Austritt der Düse um den Laserstrahl herum formt und um einen ringförmigen, nicht divergierenden Pulverstrahl zu erzeugen, der auf dieselbe Auftreffzone 32 des Schälmessers 3 auftrifft. Auch sind der Pulverstrahl und der Laserstrahl koaxial.

Der Laserstrahl ist so ausgerichtet, daß er nahe der vertikalen auf die Oberfläche des zu beschichtenden Schälmessers 3 liegt. Die Austrittsöffnung der Düse 33 wird in einem geeigneten Abstand zu der zu beschichtenden Oberfläche gehalten, beispielsweise ca. 10 mm.

Das Schälmesser 3 wird auf einem Tisch 35 plaziert, der in den beiden Richtungen X und Y in der horizontalen Ebene verschoben wird mittels Antrieben, die durch eine numerische Steuerung 56 gesteuert werden. Durch diese Verschiebung wird die Auftreffzone 32 des Laserstrahles und des Pulvers, das aus der Einblasdüse 33 austritt, progressiv längs der zu beschichtenden Fläche des Schälmessers 3 längs der Schälkante verschoben.

Die von dem Laserstrahl 28 transportierte Energie gestattet das Schmelzen der Körner der Lötmischung. Die Körner erreichen auch teilweise geschmolzen die Oberfläche des zu beschichtenden Schälmessers 3 und stellen ein Verlöten der Wolframkarbid-Körner auf dem Substrat sicher.

Man kann einen CO&sub2;-Laser einsetzen, der einem Bedientisch zugeordnet ist, der durch eine programmierbare numerische Steuerung zwei oder drei Achsen hat. Das Aufschmelzen mittels Löten wird unverzüglich erhalten. Das perfekte Fokussieren des Laserstrahles gestattet eine perfekte Kontrolle der Gleichmäßigkeit der aufgetragenen Beschichtung. Die Präzision der Vorschübe des Bearbeitungstisches gestattet eine gut kontrollierte Dicke zu erhalten und eine große Gleichmäßigkeit der Beschichtung.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, die ausdrücklich beschrieben wurden, sondern sie beinhaltet auch diverse Varianten und Verallgemeinerungen, die im Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche liegen.


Anspruch[de]

1. Schälmesser (3) zum Schälen von Baumstämmen (1) mit mindestens einer von einer Angriffsfläche (7) und einer Fluchtfläche (8) begrenzten Schälkante (6), mit einer Trägerplatte (14), von der eine Fläche die Fluchtfläche (8) bildet,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Angriffsfläche (7) durch eine unmittelbar auf dem Träger angeordnete Antiabrieb-Auflage (16) verstärkt ist, der bessere Antiabriebeigenschaften aufweist als diejenigen des die Trägerplatte (14) bildenden Materials, und daß die Kante (6) scharf ist.

2. Schälmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antiabrieb-Auflage (16) eine gleichmäßige Dicke von zwischen etwa 0,2 und 1 mm aufweist.

3. Schälmesser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antiabrieb-Auflage (16) eine Mischung von mit einer Metallegierung verbundenen Körnern aus geschmolzenem Wolframcarbid enthält.

4. Schälmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner aus geschmolzenem Wolframcarbid eine Korngröße von zwischen 40 und 160 Mikrometern aufweisen.

5. Schälmesser nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallegierung eine Ni/Cr/B/Si- Legierung mit einer Härte von zwischen 40 HRC und 60 HRC ist.

6. Schälmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (14) aus Stahl ist.

7. Schälmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (14) durch drei oder vier Schälkanten (6, 15, 17, 18) begrenzt ist, welche einen polygonalen Umriß bilden.

8. Schälmaschine mit Stützmitteln für Baumstämme (1) zum Tragen eines abgelegten Baumstammes (1) und Verschieben desselben in einer Längsbewegung und dabei Versetzen desselben in eine Drehbewegung um seine Längsachse, und Mitteln (4) zum Halten mindestens eines Schälmessers (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit seiner Schälkante (6) in radialer Lagerung gegen eine Seitenfläche (5) des Baumstammes (1) entsprechend einer geeigneten Ausrichtung (9).

9. Verfahren zum Herstellen eines Schälmessers (3) mit mindestens einer durch eine Angriffsfläche (7) und eine Fluchtfläche (8) begrenzten und eine Trägerplatte (14), von der eine Fläche die Fluchtfläche (8) bildet, aufweisenden, scharfen Schälkante (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Schritt des Aufbringens einer Auflage auf die Angriffsfläche (7) mittels einer eine Pulvereinblasdüse (33) zum mittigen und koaxialen Einblasen von Pulver in einen Laserstrahl (28) aufweisenden Vorrichtung, Lenkens eines Pulvers eines Auflagenmaterials und des Laserstrahls (28) auf eine Auftreffzone (32) der Trägerplatte (14), und stufenweisen Verschiebens der Auftreffzone (32), um die mit der Auflage zu versehende Zone der Schälkante (6) abzudecken, wobei der Laserstrahl (28) eine für ein teilweises Schmelzen des Materials für die Auflage und zum Sicherstellen von dessen Anhaften auf der Trägerplatte (14) geeignete Intensität hat.







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