Ein Beitrag zur Frage der schnellaufenden Sägegatter. Von Prof. P. von Denffer. Ein Beitrag zur Frage der schnellaufenden Sägegatter. Es ist bekannt, daß vorteilhaftes Zerspanen des Holzes mittels Sägen die Anwendung möglichst hoher Schnittgeschwindigkeiten erheischt. Wo solches leicht ausführbar, wie bei den ununterbrochen arbeitenden Kreis- und Bandsägen, wird hiervon auch in ausgiebigster Weise Gebrauch gemacht und Schnittgeschwindigkeiten bis zu 50 m/sek. und darüber sind bei diesen Sägen anstandslos im Gebrauch. Ganz anders ist dies jedoch bei den Sägegattern, besonders den Vollgattern, die für unseren europäischen Sägewerksbetrieb zurzeit die wichtigste Maschine zum Blocksägen darstellen. Bei dem Gatter müssen wir Schnittgeschwindigkeiten zulassen, die der Forderung einer günstigen Zerspanung durchaus nicht entsprechen. Ueber 4 m/sek. mittlerer Schnittgeschwindigkeit dürfte heutzutage wohl kein Vollgatter gewöhnlicher Bauart aufweisen.Die größten Geschwindigkeiten bis 4,7 m/sek. erreichen die Fleckschen Spannwerkgatter, von denen später die Rede ist. Trotzdem behauptet das Gatter immer noch, wenigstens in Europa, einen ersten Platz unter den Sägewerksmaschinen, da die Bandsäge wegen verschiedener ihr anhaftender Mängel noch nicht das Gatter verdrängen kann. Es ist daher durchaus berechtigt, daß dem Gatterbau auch noch heute besondere Aufmerksamkeit geschenkt wird und der Konstrukteur eifrigst bemüht ist, soweit als technisch möglich, die Unvollkommenheiten des Gatters zu beseitigen und dasselbe trotz des nicht zu umgehenden unvollkommenen Prinzips – hin- und hergehende Bewegung der Sägen – doch zu einer leistungsfähigen Maschine zu machen. Die Umsetzung der rotierenden Bewegung der Triebwelle in die hin- und hergehende Bewegung des Sägerahmens mittels Kurbel und Lenkstange bildet bekanntlich den wunden Punkt aller Gatterkonstruktionen. Ganz abgesehen davon daß wir hierdurch keine unveränderliche Schnittgeschwindigkeit erhalten,Es ist bekanntlich angenähert: c=v\,\mbox{sin}\,\alpha\,\left(1\,\pm\,\frac{r}{l}\,\mbox{cos}\,\alpha\right), worin c die Geschwindigkeit des Sägerahmens, v die Kurbelgeschwindigkeit, r den Kurbelradius, l die Schubstangenlänge und α den Erhebungswinkel der Kurbel bezeichnen. so haben wir es auch hier mit den Beschleunigungskräften zu tun, die an den geradlinig bewegten Teilen auftreten und die leicht Größen erreichen, die den Bestand des Gatters gefährden können. Auf diesen Umstand ist bereits mehrfach hingewiesen wordenZ. d. V. d. I. 1862, S. 269.A. Danz, Zeitschrift f. Werkzeugmaschinen und Werkzeuge 1896, S. 34 u. ff. und sind die Mittel zur Bekämpfung der unerwünschten Wirkung der Beschleunigungskräfte den Gatterkonstrukteuren längst bekannt. Es sind dieses: möglichste Verringerung des Gewichtes der geradlinig bewegten Teile (Gatterrahmen einschließlich Sägen und Angeln und Schubstangen), Anordnung von Gegengewichten und endlich Anwendung von Luftpuffern (das sogen. Flecksche Spannwerk D. R. P. No. 50945 und 53447). Diese Mittel entsprechend angewendet, wären vollkommen ausreichend, sofern nicht gerade der moderne Gatterbau eine Richtung eingeschlagen hätte, die der Vervollkommnung des Gatters durchaus hinderlich sein mußte. Es ist dieses das Bestreben, aus dem Sägegatter einen Schnelläufer zu machen, indem man den Hub der Gatter verringerte und entsprechend die Umlaufzahl der Triebwelle erhöhte. Hierdurch ist es jedoch durchaus nicht gelungen der Forderung nach großen Schnittgeschwindigkeiten näher zu kommen, denn die heutigen kurzhubigen und raschlaufenden Gatter zeigen durchaus keine höheren Schnittgeschwindigkeiten als die früher gebräuchlichen langhubigen hölzernen Gatter.So zeigen z.B. die mit den größten Schnittgeschwindigkeiten ausgestatteten Fleck sehen Spannwerkgatter folgende Geschwindigkeiten: Lichte Rahmenweite 500 mm, Hub 370 mm, Umdrehungszahl i. d. Min. 370, Schnittgeschwindigkeit 4,56 m/sek.; lichte Rahmenweite 800 mm, Hub 470 mm, Umdrehungszahl i. d. Minute 300, Schnittgeschwindigkeit 4,70 m/sek. Gibt uns aber die Verringerung des Hubes bei entsprechender Vergrößerung der Umlaufszahl nicht die Möglichkeit die Schnittgeschwindigkeit zu erhöhen, so hat dieselbe technisch keinen Zweck, ja erweist sich sogar durchaus unvorteilhaft, da bekanntlich bei einer Säge, deren Hub den größten Blockdurchmesser erreicht, bezw. übertrifft, ein weit besseres Auswerfen der Späne vor sich geht als bei einer Säge, deren Hub geringer ist als der größte Blockdurchmesser. Auf gutes Austragen der Späne ist aber großes Gewicht zu legen, da nur bei richtigem Späneauswurf sich große Zuschiebungsgeschwindigkeiten erreichen lassen, ohne daß der Kraftaufwand ungebührlich steigt. Es ist dieses von besonderer Wichtigkeit für die Exportsägemühlen, die in der Regel mit 7–9 Sägen im Rahmen, aus der Mitte des Blockes zwei starke Bohlen herausschneiden, so daß hierbei drei Sägen eine Schnitthöhe fast gleich dem vollen Blockdurchmesser zu überwinden haben. Diese mittleren Sägen werden nun bei den kurzhubigen Gattern ganz bedeutend überlastet, wozu nicht wenig auch noch der Umstand beiträgt, daß die gebräuchlichen Gattersägen (Handelsfabrikat) Zahnteilungen aufweisen, die zum Sägenhub, Schnitt und Vorschubgeschwindigkeiten durchaus nicht immer im richtigen Verhältnis stehen.Vergl. H. Fischer, Die Holzbearbeitungsmaschinen S. 36. und ff. Nun bietet sich uns aber ein geradezu ideales Mittel dar, um diese Uebelstände mit einem Schlage zu beheben, indem wir die Gatter wiederum mit einem großen Hube ausstatten. Hierbei ist jedoch auf einen sehr wichtigen Umstand hinzuweisen, nämlich daß infolge des größeren Hubes sich die Abmessungen des Gatters, sowohl der bewegten Teile, als auch hauptsächlich des ganzen Gestells, vergrößern müssen, daher das Gewicht langhubiger Sägegatter entsprechend höher ausfällt als das Gewicht von Gattern mit kleinem Hub und großer Umlaufszahl. Größeres Gewicht bedingt aber höheren Preis der Maschinen und dieser Umstand ist wohl in der Hauptsache der Einführung langhubiger Gatter hinderlich gewesen, denn leider ist der Fabrikant oft gezwungen, den Wünschen seiner Käufer, die möglichst billige und trotzdem leistungsfähige Maschinen verlangen, Rechnung zu tragen und auf die Vorteile des großen Hubes zu verzichten, also leichte, schnellaufende Sägegatter zu bauen. Die Bevorzugung der leichten Gatter von selten des Käufers ist außer durch den Preis noch in der Hauptsache dadurch hervorgerufen, daß in den weitaus meisten Fällen keine genügende Klarheit über die im Gatter wirkenden Kräfte herrscht und deshalb auch von den Käufern keine richtige Würdigung bezw. Kritik der Gatterkonstruktionen, ihrer Vorzüge und Nachteile ausgeübt werden kann. Ein überaus anschauliches Bild gewinnt man jedoch, wenn man die im Gatter auftretenden Kräfte zeichnerisch darstellt, die Aenderungsgesetze dieser Kräfte verfolgt und die größten Werte der Kräfte ermittelt. Die Ueberlegenheit der langhubigen Gatter tritt dann überaus deutlich zutage, wie aus dem nachfolgenden hervorgeht. Nehmen wir als Beispiel ein senkrechtes VollgatterHier kommt ja als Blocksägemaschine in der Hauptsache das senkrechte Vollgatter in Frage. Beim Horizontalgatter, das bekanntlich erheblich geringere Gewichte der bewegten Teile aufweist und auch mit großem Hub ausgeführt wird, liegen selbstredend die Verhältnisse bedeutend günstiger. von 800 mm lichter Rahmenweite mit einem Hube H = 2 r = 500 mm bei n = 215 Umdrehungen der Triebwelle i. d. Minute. Die mittlere Schnittgeschwindigkeit ergibt sich zu 3,58 m/Sek., erreicht somit für Vollgatter einen ziemlich hohen Wert. Textabbildung Bd. 322, S. 633 Fig. 1a. Textabbildung Bd. 322, S. 633 Fig. 1b. Textabbildung Bd. 322, S. 633 Fig. 2. Das Gewicht der geradlinig bewegten Teile – Rahmen einschl. 12 Sägen und Angeln und ein Teil der Schubstangen – beträgt rund G = 450 kg. Das Verhältnis des Kurbelradius zur Schubstange ist \frac{r}{l}=1\,:\,12. Die Beschleunigungsdrücke ermitteln sich aus der Beziehung: P=\frac{G\,v^2}{g\,r}\,\left(\mbox{cos}\,\alpha\,\pm\,\frac{r}{l}\,\mbox{cos}\,2\,\alpha\right) und erhält man die Fig. 1a und 1b, die das Aenderungsgesetz dieser Drücke darstellenEin bequemes Verfahren zum Verzeichnen dieser Kurve ist von A. Danz, Zeitschrift f. Werkzeugmaschinen und Werkzeuge 1896, S. 34 angegeben worden. Andere Verfahren in Radinger, Dampfmaschinen mit hoher Kolbengeschwindigkeit S. 307–313. (Längen 1: 10, Kräfte 1 mm = 200 kg. Fig. 1a Aufgang, Fig. 1b Niedergang.) Die Kräfte erhalten ihre Höchstwerte in P0 = 5329 kg und P'0 = 6298 kg. Textabbildung Bd. 322, S. 633 Fig. 3. Textabbildung Bd. 322, S. 633 Fig. 4. Textabbildung Bd. 322, S. 633 Fig. 5. Diese am Rahmen auftretenden Kräfte lassen sich in die Kräfte S und N zerlegen (Fig. 2), von denen erstere in die Richtung der Schubstange fällt und letztere normal zu den Rahmenführungen gerichtet ist. Das Aenderungsgesetz dieser letzteren Kräfte zeigt die dargestellte Kurve. Die Kräfte S, an den Kurbelzapfen übertragen, lassen sich in radial bezw. tangential gerichtete Kräfte R und T zerlegen (Fig. 3). Ihre Aenderungsgesetze erhalten wir durch Abtragen der ersteren Kräfte radial auf den Kurbelkreis, und der Tangentialkräfte durch Abtragen auf den ausgestreckten Kurbelweg (Fig. 4). Textabbildung Bd. 322, S. 634 Natürlich ist hier die Anwendung eines Gegengewichts unerläßlich. Zur Anwendung gelangt im vorliegenden Fall ein Gegengewicht, dessen Fliehkraft c = 2250 kg beträgt und die durch Gewichte G' = 90 kg im Abstande r' = 500 mm vom Mittelpunkt erreicht werden kann (auf jede Kurbelscheibe des Gatters kommen somit 45 kg Gegengewicht). Die Fliehkraft des Gegengewichts wird als konzentrischer Kreis in Fig. 3 eingetragen, so daß uns als radial wirkende Kräfte die jeweiligen Differenzen der Radial- und Fliehkraft verbleiben, die im Diagramm durch Schraffieren kenntlich gemacht sind. Berücksichtigt man nun noch das Eigengewicht des Gegengewichts, so ergeben sich von diesem radial bezw. tangential gerichtete Komponenten, die die Kurve der Radial- und Tangentialkräfte entsprechend verändern, wie dieses die punktierten Kurven in Fig. 3 und 4 andeuten. Die in bestimmter Weise sich ändernden Radial- und Tangentialkräfte am Kurbelzapfen bewirken natürlich auch eine Aenderung der Drücke, die die Kurbelwellenlager aufzunehmen haben. Auch das Aenderungsgesetz dieser Kräfte läßt sich am besten graphisch verfolgen, indem man für die jeweiligen Kurbelstellungen die zugehörige Größe und Richtung des Lagerdruckes aus einem leicht zu verzeichnenden Kräftepolygon ermittelt und solche als Radius vector des um den Wellenmittelpunkt als Pol zu verzeichnenden Diagramms aufträgt. Hierbei wird natürlich in Betracht gezogen das Eigengewicht der Welle nebst Kurbelscheiben und Riemscheiben G0 = 1000 kg, sowie der Achsdruck, ausgeübt durch die Riemenspannung, 2 S0 = 500 kg (entsprechend einer Arbeitsübertragung durch den Riemen von rund 25 PS, wie für ein solches Gatter bei voller Leistung erforderlich). Das auf diesen Grundlagen verzeichnete Lagerdruckdiagramm erhält die Form Fig. 5.In der Figur ist das Kräftepolygon für die Kurbelstellung 1 eingezeichnet mit M als Wellenmittel, R1 – C bedeutet Radialkraft abzüglich Fliehkraft des Gegengewichts. T1 + T1 Tangentialkraft, vergrößert durch die Tangentialkraft, ausgeübt vom Eigengewicht des Gegengewichts, L1 resultierender Lagerdruck. Die Lagerdrücke schwanken in den Grenzen von 4200 kg (zwischen Stellung 0 und 1) bis 1600 kg (nahe der Stellung 3'). Textabbildung Bd. 322, S. 634 Fig. 7. Textabbildung Bd. 322, S. 634 Fig. 8. Textabbildung Bd. 322, S. 634 Fig. 9. Die Verteilung der Drücke ist dank dem richtig gewählten Gegengewicht nicht ungünstig, doch haben die Lagerdeckel immerhin recht bedeutende Beanspruchungen auszuhalten. Vergleichen wir hiermit die Anwendung des Fleckschen Spannwerkes zum Ausgleich der Beschleunigungsdrücke, so haben wir in die Diagramme der Beschleunigungsdrücke (Fig. 1) die Kompression im Luftzylinder als entgegen wirkende Kräfte einzutragen (Fig. 6a und 6b). Die Größe der Kolbenfläche und die größte Luftspannung sind so gewählt, daß im oberen Totpunkt kein Druck auf den Lagerdeckel herrscht. Alsdann erhält man die in Fig. 6 punktiert gezeichneten resultierenden Kurven der nicht durch das Spannwerk aufgenommenen Beschleunigungsdrücke. Die auf Grund dieses verzeichneten Radial- und Tangentialkraftdiagramme erhalten die Formen nach Fig. 7 und 8. Ganz abweichend in seiner Form ist das Lagerdruckdiagramm (Fig. 9), verzeichnet mit denselben Werten von G0 und 2 S0. Die Kräfte in der wagerechten Richtung sind ganz erheblich geringer als bei dem Diagramm (Fig. 5) (bei letzteren bedingt durch die Fliehkraft des Gegengewichts), desgleichen haben auch die Kräfte in senkrechter Richtung abgenommen, wenn auch nicht sehr bedeutend. (Schluß folgt.)