AT410069B - Verfahren zur hochtemperaturbehandlung von holz - Google Patents

Description

AT 41 0 069 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Hochtemperaturbehandlung von Holz, das in einem in Abhängigkeit von der Holztemperatur aufheizbaren gasförmigen Medium erwärmt, auf einer Behandlungstemperatur gehalten und wieder abgekühlt wird.

Zur thermischen Behandlung von Holz ist es bekannt, Holz auf Temperaturen von deutlich über 100 °C auf bis zu ca. 230 °C zu erwärmen, wodurch sich eine wesentliche Veränderung seiner Eigenschaften hinsichtlich der Farbe, Festigkeit, des Schwindmaßes und der Rohdichte ergibt. Der Masseverlust des Holzes während seiner Behandlungsphase entspricht im wesentlichen der Masse der entwichenen Gase bzw. des entwichenen Wasserdampfes. Für den Erfolg einer derartigen Wärmebehandlung ist es maßgeblich, daß die Temperaturführung während der Wärmebehandlung exakt erfolgt, um das Holz nicht durch zu starke Temperaturunterschiede im Holz und den daraus resultierenden Spannungen zu schädigen.

Zur Temperaturführung ist es bekannt (EP 0 759 137 B1), die Temperatur im Behandlungsraum auf eine konstante Temperaturdifferenz zwischen Holzkerntemperatur und Oberflächentemperatur von 10 bis 30 °C zu regeln, wodurch die inneren Spannungen im Holz begrenzt werden sollen. Dieses Verfahren benötigt allerdings mehrere Temperaturfühler im bzw. am Holz und ist somit aufwendig in seiner Anwendung. Insbesondere das Messen der Oberflächentemperatur des Holzes erfordert Zeit und Geschick bei der Anbringung der Temperatursensoren. Zu dem besteht das Risiko einer Fehlmessung, beispielsweise wegen einer schlechten Ankopplung der Fühler oder eines zu tiefen bzw. falschen Setzens der Meßstelle, was zu den unerwünschten Schädigungen des Holzes führen kann. Deshalb wird sogar vorgeschlagen, zusätzlich zu den üblichen Meßstellen noch eine Referenzmeßstelle mit einem Probestück in der Kammer zu platzieren. Zu geringe Temperaturdifferenzen zwischen Holzkerntemperatur und Oberflächentemperatur bedingen zwar keine Schädigungen des Holzes, verzögern aber den Prozeß der Hochtemperaturbehandlung in unerwünschter Weise.

Ein ähnliches Verfahren ist aus der EP 0 922 918 A1 bekannt. Nach diesem Verfahren wird die Kammertemperatur als Wert für die Oberflächentemperatur des Holzes verwendet, um die maximale Differenz zwischen dieser Kammertemperatur und Kerntemperatur zu regeln. Dies ist mit erheblichen Ungenauigkeiten behaftet, da die Kammertemperatur naturgemäß nicht der Oberflächentemperatur des Holzes entspricht. Die tatsächliche für die inneren Spannungen relevante Oberflächentemperatur variiert in Abhängigkeit von der aktuellen Änderung der Kammertemperatur und von bestimmten Holzeigenschaften, wie beispielsweise der Dichte und der Dicke erheblich, wodurch der Prozeß der Wärmebehandlung nicht mit ausreichender Sicherheit und Genauigkeit reproduzierbar ist, und was eine nachteilige Streuung der Behandlungsergebnisse zur Folge hat.

Aus der EP 652 089 B1 ist ein Verfahren zur Behandlung von Holzstücken mit Wärme gegen Parasitenbefall bekannt, wobei die zu behandelnden Holzstücke mit Heizelementen umgeben werden, die das Holz mit einem bestimmten Holzprofil zur Abtötung von Parasiten beaufschlagen. Die Temperatur der Holzstücke wird über jedem Heizelement zugeordnete Temperaturfühler an der Holzoberfläche bestimmt. Da allerdings dabei keine Kerntemperatur gemessen wird und das Holz über seinen Querschnitt mit keinem exakten Temperaturprofil beaufschlagt werden kann, ist auch keine reproduzierbare Wärmebehandlung möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und ein Verfahren der eingangs geschilderten Art anzugeben, das sich durch seine exakte Reproduzierbarkeit auszeichnet und welches nur einen geringen Aufwand bei der Anwendung erfordert.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Kerntemperatur des Holzes nach einem Sollverlauf geregelt oder gesteuert wird, wobei der an einem Probeholzstück für eine bestimmte Holzart experimentell ermittelte Sollverlauf der Kerntemperatur bezüglich der Holzdicke und der Holzdichte des zu behandelnden Holzes korrigiert wird. Während der instationären Phasen des Behandlungsprozesses, also während dem Aufheizen und Abkühlen des Holzes wird lediglich die Holzkerntemperatur nach einem festgelegten Temperaturverlauf derart verändert, daß es zu keinen für das Holz schädlichen inneren Wärmespannungen kommt. Die Vorgabe für diesen Temperaturverlauf wird rechnerisch in Abhängigkeit von Holzdicke und Holzdichte bzw. Holzart ermittelt. Der bestmögliche Temperaturverlauf ergibt sich für verschiedene Probeholzstücke experimentell und wird beispielsweise in einen Speicher einer Recheneinheit abgelegt. Der für ein gleichmäßiges und reproduzierbares Ergebnis der Wärmebehandlung notwendige Temperaturverlauf der Holzkerntemperatur wird exakt eingehalten. 2

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Der Sollverlauf der Kerntemperatur des zu behandelnden Holzes ergibt sich aus dem Produkt des am Probeholzstück ermittelten Sollverlaufes mit dem Verhältnis von Holzdichte zu Probeholzdichte, dem mit einem Größenkorrekturbeiwert potentiellen Verhältnis von Holzquerschnitt des zu bearbeiteten Holzes zu Holzquerschnitt des Probeholzstückes und der inversen eines Kennwertes für Rißempfindlichkeit. Somit müssen lediglich die charakteristischen Daten eines zu behandelnden Holzes in einen die Hochtemperaturbehandlung des Holzes regelnden bzw. steuernden Rechner eingelesen werden, worauf sich dieser den bestmöglichen Temperaturverlauf aus den experimentell ermittelten Daten des Probeholzes errechnet. Während der Behandlung des Holzes wird die Holzkerntemperatur nach Erreichen eines bestimmten Kerntemperaturschwellwertes konstant gehalten. Die Regelung des Temperaturanstieges bzw. Temperaturabstieges oder der Temperaturkonstanthaltung des Holzkernes erfolgt durch eine Veränderung des das Holz umgebenden gasförmigen Mediums. Durch den von der Regelung exakt und unabhängig von Meßfehlern oder sonstigen unkontrollierten Einflüssen eingehaltenen Temperaturverlauf im Holz ist eine exakte Reproduzierbarkeit der Behandlungsergebnisse mit geringen Streuungen sichergestellt. Die Handhabung und Bedienung der Anlage wird vereinfacht und beschleunigt, da das Holz lediglich in die Behandlungskammer eingebracht und mit einem Kerntemperatursensor versehen werden muß. Auf Oberflächentemperaturfühler kann verzichtet werden, wodurch der Bedienungsaufwand und die Investitionskosten sinken und sich die Funktionssicherheit eines derartigen Verfahrens erhöht. Derartige Oberflächentemperaturfühler sind mit systematischen Fehlern behaftet, da sie von dem an ihnen vorbeiströmenden gasförmigen Medium beeinflußt werden. Außerdem kann das Behandlungsverfahren in Folge der Berücksichtigung der spezifischen Holzeigenschaften des zu behandelnden Holzes bei der Rampenermittlung wesentlich besser an die Bedürfnisse der jeweiligen Holzart angepaßt werden.

Der Temperaturverlauf während der instationären Phasen eines Behandlungsprozesses, also während dem Aufheizen und Abkühlen des Holzes ergibt sich aus der folgenden Rechenvorschrift: 7~Kem soll k ' f mit kn k = lact V do j \« ß wobei: Ti<em_soii ··· errechnete Kerntemperatur des Holzes [°C] k...............errechnete Steigung der Kerntemperatur des zu behandelnden Holzes [°C/min] k0..............Steigung der Kerntemperatur des Probeholzes [°C/min] daC(............Dicke des zu behandelnden Holzes [mm] pect............Dichte des zu behandelnden Holzes [kg/m3] d0.............Dicke des Probeholzes [mm] po.............Dichte des Probeholzes [kg/m3] α...............Größenkorrekturbeiwert [1,5 ... 2] ß...............Kennwort für Rißempfindlichkeit [0,4 ...1,1] t................Zeit [min]

Ausführungsbeispiel zur Ermittlung eines Temperaturverlaufes: Für ein Probeholz: Fichte, p0 = 430 kg/m3 d0 = 20mm; k0= 1,5 [C°/min] und ein zu behandelndes Holz: Buche, pact = 680 kg/m3 dact = 40mm; α = 1,5; ß = 0,9 ergibt sich Steigung der Kerntemperatur des zu behandelnden Holzes zu k =1,5 * (40/20)1,5 * (680/430) / 0,9 = 7,5, [°C/min], 3

Claims (2)

1. AT 410 069 B PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Hochtemperaturbehandlung von Holz, das in einem in Abhängigkeit von der Holztemperatur aufheizbaren gasförmigen Medium erwärmt, auf einer Behandlungstemperatur gehalten und wieder abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerntemperatur des Holzes nach einem Sollverlauf geregelt oder gesteuert wird, wobei der an einem Probeholzstück für eine bestimmte Holzart experimentell ermittelte Sollverlauf der Kem-temperatur bezüglich der Holzdicke und der Holzdichte des zu behandelnden Holzes korrigiert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Sollverlauf der Kerntemperatur des zu behandelnden Holzes aus dem Produkt des am Probeholzstück ermittelten Sollverlaufes mit dem Verhältnis von Holzdichte zu Probeholzdichte, dem mit einem Größenkorrekturbeiwert potentiellen Verhältnis von Holzdicke des zu bearbeiteten Holzes zu Holzdicke des Probeholzstückes und der inversen eines Kennwertes für Rißempfindlichkeit ergibt. KEINE ZEICHNUNG 4