DE10141391C1

DE10141391C1 - Verfahren zur Herstellung von dauernd weichbiegsamen Holz sowie Einrichtung hierzu

Info

Publication number: DE10141391C1
Application number: DE2001141391
Authority: DE
Inventors: Thomas Volkmer; Andre Wagenfuehr; Beate Buchelt
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2001-08-20
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2021-08-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dauernd weichbiegsamem Holz, bei dem das Holz zunächst plastifiziert und anschließend in Faserlängsrichtung (durch Krafteinleitung über wenigstens eine der Stirnflächen) gestaucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauchung des Holzes in Stauchschritten durchgeführt wird, wobei die Kraft eines Stauchschrittes über den vollen Querschnitt auf einen Teil der Gesamtlänge des Holzes ausgeübt wird, so dass über die gesamte Länge des Holzes gestauchte Abschnitte erzeugt werden. DOLLAR A Eine Einrichtung ist beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dauernd weichbiegsamen Holz nach dem Oberbegriff des Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Herstel lung von dauernd weichbiegsamen Holz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Verfahren zum dauerhaften Biegsammachen von Holz durch Stauchen des Holzes in Faserlängs richtung sind seit langem bekannt. Dabei wird auf die Stirnflächen des, meist prismatisch zuge schnittenen, Holzes ein Druck ausgeübt, so dass sich das Holz in seiner Länge erheblich verkürzt und die Fasern infolgedessen gestaucht werden.

In der Patentschrift des Deutschen Reiches Nr. 318 197 wird dieses Verfahren grundsätzlich be schrieben. Das Holz wird demnach durch Kochen oder Dämpfen erweicht und anschließend in Richtung der Faser so gestaucht, dass das Gefüge nach dem Erkalten und Austrocknen nicht wieder in seine alte Lage zurückkehren kann und infolgedessen dauernd weichbiegsam bleibt. Ein Zusatzpatent zur o. g. Patentschrift (Patentschrift Nr. 321 629) beinhaltet das zusätzliche Verdichten des Holzes quer zur Faser sowie den Anspruch, das Holz unter Aufrechterhaltung der Pressung auszutrocknen und auszukühlen.

Maßnahmen und Vorrichtungen zur Verhinderung von Verbiegungen und Verzerrungen, die während und auch nach dem Stauchen nach o. g. Verfahren auftreten können, werden in der Pa tentschrift Nr. 458 923 des Deutschen Reiches beschrieben. Diese beinhalten sowohl das Span nen des Holzes rechtwinklig zur Stauchrichtung während des Stauchvorganges, als auch das Vorsehen einer Spannvorrichtung innerhalb der Stauchmaschine, mit deren Hilfe das Werkstück unter dem Stauchdruck gespannt wird und es somit ermöglicht wird, das Holz auch außerhalb der Stauchmaschine im Stauchzustand zu halten.

Die genannten Verfahren erwiesen sich als wenig geeignet, da die Druckkraft praktisch aus schließlich über die Stirnflächen des Holzes eingebracht wurde, was zur Folge hat, dass das Holz nur an den Enden, nicht aber in der Mitte gestaucht wird. Daher wurde in der Patentschrift Nr. 516 801 ein Verfahren beschrieben, dass das in der Pressform befindliche Holz nicht nur an den Endwänden, sondern in der Längsrichtung der Fasern auch an den Seitenwänden zusammendrückt. Dies geschieht durch sogenannte Verdichtungswerkzeuge, die in die Seitenwände des Holzes durch wellenlinien- oder klingenzahnartige Profilierungen, feine Vorsprünge oder Vertie fungen eingedrückt werden. Somit sollte eine Krafteinleitung zusätzlich zu der an den Stirnflä chen an den Seitenwänden erreicht werden. Abgesehen von der teilweisen Zerstörung des zu stauchenden Holzes im Bereich der zusätzlichen, seitlichen Krafteinleitung infolge des Eindrüc kens der sogenannten Klingenzähne kann es gerade in diesen Bereichen nicht zu einer Stauchung kommen, da sich die Klingenzähne an einer Leiste befinden, die ineinander nicht verschieblich ist und somit die Stauchung in dem Bereich, in dem die Zähne eingreifen, verhindert. Zudem soll auch hier die zusätzliche Krafteinleitung nur an den beiden Endstücken erfolgen, für den mittle ren Teil des zu stauchenden Holzes ist nach wie vor keine Krafteinleitung vorgesehen.

Das US-Patent Nr. 2 586 308 beschreibt ebenfalls ein Stauchverfahren zur Herstellung von Webschiffchen. Das Verfahren bezweckt jedoch eine Steigerung der Holzdichte durch das Stau chen, nicht eine Verbesserung der Biegbarkeit. Daher betrifft es nicht die hier vorgestellte Erfin dung.

Ein neueres Verfahren und ein Gerät zum Verdichten einer Holzprobe ist in der WO 91 02637 A1 bzw. in der EP 0 494 172 B1 beschrieben. Dieses Verfahren unterscheidet sich nicht wesent lich von den bereits genannten. Die Neuerung sind Gruppen von Reibungsplatten an den Seiten flächen der Vorrichtung, die ein Ausknicken der Holzprobe verhindern. Eine Gruppe der Rei bungsplatten ist beweglich.

Heute sind zwei Verfahren zum Stauchen von Holz üblich. Durch Druck auf die Stirnflächen des plastifizierten Holzes (Spannvorrichtungen entlang des Holzes verhindern ein seitliches Ausbre chen) wird das Holz um 10-25% verkürzt. Für die weitere Behandlung sind zwei Vorgehenswei sen üblich:

a) Durch Einspannen des gestauchten Holzes unter anhaltendem Längsdruck wird das Holz auf ca. 85% seiner ursprünglichen Länge gehalten. In diesem Zustand wird es abgekühlt und getrocknet, die Eigenspannungen werden abgebaut, man erhält ein trocken biegbares Holz, d. h. das Holz ist nahezu reversibel formbar.
b) Das Holz wird nach dem Stauchprozess sofort wieder entlastet, so dass eine Verkürzung von 2 . . . 7% erhalten bleibt. Dieses Stauchbiegeholz kann nur bei einer Holzfeuchte über 18 . . . 20% gebogen werden, bei geringerer Feuchte wird das Holz wieder fester und verbleibt in der gewünschten Form.

Alle heute praktizierten Verfahren zum Stauchen von Holz haben den Nachteil, dass das Holz nicht gleichmäßig über seine Länge gestaucht werden kann. Infolgedessen hat das gestauchte Holz keine gleichmäßigen Biegeeigenschaften. Die Stauchung erfolgt im Wesentlichen an den Stirnenden des Holzes, der mittlere Teil bleibt ungestaucht. Die Ursache hierfür liegt, wie bereits in der Patentschrift Nr. 516 801 erkannt, darin, dass die auf das Holz wirkende Kraft ausschließ lich auf die zwei Stirnenden aufgebracht wird und diese zur Mitte des Holzes hin nicht mehr übertragen werden kann. Zudem treten durch die starre seitliche Einspannung (zur Verhinderung eines Ausknickens) starke Reibungskräfte auf, die die Stauchbewegung behindern. Trotz der schon in den 30er Jahren des 19. Jh. formulierten Ansätze zur Lösung dieser Problematik ist es bis heute praktisch nicht gelungen, die Krafteinleitung so zu gestalten, dass sie gleichmäßig über die gesamte Länge des zu stauchenden Holzes erfolgt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren und eine Einrichtung anzugeben, womit eine gleichmäßige Stauchung von prismatischen, runden oder ovalen Holzkörpern in Fa serlängsrichtung ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Verbindung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 ge nannten Verfahrensmerkmalen dadurch gelöst, dass die Stauchung des Holzes in Stauchschritten durchgeführt wird, wobei die Kraft eines Stauchschrittes über den vollen Querschnitt auf einen Teil der Gesamtlänge des Holzes ausgeübt wird, so dass über die gesamte Länge des Holzes ge stauchte Abschnitte erzeugt werden. Vorteilhafte Varianten des Verfahrens werden in den Un teransprüchen genannt.

Weiterhin erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Verbindung mit den im Oberbegriff des An spruchs 9 genannten Einrichtungsmerkmalen dadurch gelöst, dass eine Einspannung und eine Spannvorrichtung das Holz umgreifen, die Einspannung und die Spannvorrichtung sind so zu einander angeordnet, dass ein Teil der Länge des Holzes zwischen der Spannvorrichtung und der Einspannung frei ist. Durch Einleitung einer Kraft ist der freie Teil des Holzes stauchbar. Vor teilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Gemäß dem Verfahren wird das Holz z. B. durch Dämpfen plastifiziert. Ist das Holz genügend erweicht, so wird es in eine Einrichtung zum Stauchen gebracht. Die Einrichtung ist so beschaf fen, dass das Holz entlang der Faser derart fest umschlossen ist, dass eine Relativbewegung zwischen dem Holz und dem umschließenden Bauteil, das auch zweiteilig sein kann, nicht möglich ist. Das Holz wird also mit einem geeigneten Bauteil so weit fest umschlossen, dass ein Bereich von ca. 10 . . . 20% der Länge des Holzes völlig frei, also nicht umschlossen ist. Mit Hilfe eines Stempels wird nun auf eine oder beide Stirnflächen des Holzes eine Kraft aufgebracht. Da durch die feste Einspannung des Holzes entlang der Faser eine Querdehnung, die bei einer Druckbean spruchung zwangsläufig auftritt, verhindert wird, wird die an den Stirnflächen eingeleitete Kraft in den freien, nicht umschlossenen Bereich geleitet, wodurch erreicht wird, dass das Holz nur in diesem Bereich gestaucht wird. Vorzugsweise wird das Holz im freien Bereich nicht mehr als ca. S% gestaucht. Es hat sich als günstig erwiesen, den Stauchprozess in dieser Phase durch Vorgabe einer Höchstkraft zu regeln, bei deren Erreichen die Stauchbewegung beendet wird. Die Höchstkraft ist holzartenabhängig und für jede Holzart gesondert zu ermitteln.

Nachdem der erste Abschnitt des Holzes gestaucht ist, wird die Probe entspannt, wodurch sich das Holz wieder etwas dehnt. Sodann wird durch Verschiebung des Bauteils, welches das Holz umschließt, der freie Bereich verschoben. Der freie Bereich, in dem eine Stauchung zugelassen wird, kann an eine beliebige Stelle gelegt werden, vorzugsweise wird er direkt an den bereits gestauchten Bereich gelegt, so dass eine überlappungsfreie, aber durchgängige Stauchung erfol gen kann. Der bereits gestauchte Bereich wird ebenfalls fest umschlossen. Nun erfolgt die Stau chung des zweiten Abschnittes analog zu der des ersten Abschnittes.

In dieser Weise wird die zu stauchende Holzprobe abschnittsweise gestaucht, wobei es dem An wender überlassen ist, wo die Abschnitte im Holz liegen und wie sie verteilt werden. Vorzugs weise erfolgt die Stauchung durch unmittelbare Aneinanderreihung der einzelnen Stauchberei che.

Nach Beendigung des abschnittsweisen Stauchen nach oben beschriebenem Verfahren ist das Holz gleichmäßig über die gesamte Länge gestaucht, so dass dessen Biegbarkeit erhöht ist. Das Holz ist aufgrund der Stauchung geringfügig verkürzt (ca. 5%).

Da sich mit zunehmender Verkürzung des Holzes (also mit zunehmendem Stauchgrad) die Bieg samkeit weiter erhöht, wird im Allgemeinen angestrebt, das Holz um einen bestimmten, größe ren Betrag (ca. 20 . . . 30%) zu stauchen. Das kann realisiert werden, indem die vorgestauchte Holzprobe in einem zweiten Arbeitsgang nochmals gestaucht wird. Dazu wird sie über die ge samte Länge fest eingespannt, um ein Ausknicken zu verhindern. Die Einspannung muss jedoch so gestaltet werden, dass eine Relativbewegung zwischen Holz und Einspannung möglich ist. Sodann wird auf eine oder beide Stirnflächen ein Druck aufgebracht und die Holzprobe noch mals gestaucht. Dieser Verfahrensschritt verläuft vorzugsweise weggesteuert, das heißt, es wird vorgegeben, bis zu welcher Länge das Holz verkürzt werden soll. Es hat sich als günstig erwie sen, das Holz auf ca. 10% unterhalb des Endmaßes nachzustauchen, da somit ein Einspannen zur Fixierung auf die gewünschte Endlänge und Trocknen unter Druck entfallen kann.

Nach diesem Verfahren können Holzproben bis zu 50% und mehr ihrer ursprünglichen Länge gestaucht werden.

Um eine Holzprobe mit einer exakt definierten (gestauchten) Endlänge zu erhalten, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Holzprobe im Anschluss an den Stauchprozess an den beiden Stirn flächen fest einzuspannen und in dieser Einspannung trocknen zu lassen. Durch eine solche Fi xierung kann die gewünschte Endlänge eingestellt werden.

Das so behandelte Holz kann nach dem Austrocknen zerschnitten werden, die einzelnen Teile weisen längs zur Faser eine erheblich höhere Biegbarkeit auf als unbehandeltes Holz. Wird das gestauchte Holz um ca. 5% wieder auseinandergezogen, so verringert sich dessen Stei figkeit noch weiter, Biegungen können noch leichter vorgenommen werden.

Das Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Verfahrens mit einem Spannsegment

Fig. 2 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Verfahrens mit zwei Spannsegmenten

Fig. 3 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Verfahrens mit drei Spannsegmenten

Fig. 4 eine Darstellung zur Veranschaulichung des nachträglichen Stauchens in einem Schritt

Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen drei Stauchschritte zum Vorstauchen des Holzes mit einer entsprechen den Anzahl von Spannsegmenten.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Einrichtung, mit der das Stauchen in Schritten veranschaulicht werden soll. Eine lange Holzprobe 1, die durch Dämpfen genügend erweicht wurde, wird in eine Einspannung 2 gelegt, die passgenau am Holz anliegt, so dass es nicht möglich ist, die Holzprobe 1 in der Einspannung 2 ohne große Krafteinwirkung zu bewegen. Die Holzprobe 1 wird nicht vollständig in die Einspannung 2 gelegt, auf das verbleibende freie Ende wird ein Segment einer Spannvorrichtung 4 derselben Querschnittsabmessungen wie die Einspannung 2 gesteckt. Ein spannung 2 und Spannvorrichtung 4 umschließen nur soweit die Holzprobe 1, dass dazwischen ca. 10 . . . 20% der Länge der Holzprobe 1 frei bleiben. Mit einem Stempel 3 wird nun eine Kraft F aufgebracht, die in Abhängigkeit der Holzart ermittelt wird. Es hat sich gezeigt, dass eine Stauchung von ca. 5% in diesem Verfahrensschritt günstig ist. Nach dem Aufbringen der Kraft F wird diese sofort wieder zurückgenommen und die Holzprobe 1 entlastet. Das hat ein Zurück dehnen der Holzprobe 1 zur Folge. Die Einspannung 2 wird nun um ca. 10 . . . 20% der Länge der Holzprobe 1 in Richtung Stempel 3 versetzt, so dass ein weiteres Segment der Spannvorrichtung 5, das vorzugsweise die selben Abmessungen wie das erste Segment der Spannvorrichtung 4 hat, auf die gegenüberliegende Seite positioniert (Fig. 2). Somit wird das frei bleibende Stück der Holzprobe 1 um die Breite des Segments der Spannvorrichtunges 5 in Richtung des Stempels 3 verschoben. Durch Kraftaufgabe auf den Stempel 3 wird nun die Holzprobe 1 unter den selben Bedingungen wie im ersten Stauchschritt in einem weiteren Abschnitt gestaucht. Anschließend erfolgt die selbe Vorgehensweise wie nach Beendigung des ersten Stauchschrittes. Die Einspan nung 2 wird in Richtung Krafteinbringung verschoben und ein weiteres Segment 6 der Spann vorrichtung auf der gegenüberliegenden Seite positioniert (Fig. 3).

In Abhängigkeit von der Länge der Holzprobe 1 werden so viele Stauchschritte durchgeführt, bis die gesamte Holzprobe in Abschnitten gestaucht ist.

Nachdem das Holz in Abschnitten gestaucht ist, das sogenannte Vorstauchen abgeschlossen ist, ist es vorteilhaft, die gesamte Länge des Holzes in einem Schritt zu stauchen. Diese Nachstau chen wird in Fig. 4 veranschaulicht. Fig. 4 zeigt schematisch eine Stauchvorrichtung für das Nachstauchen im Schnitt. Die vorgestauchte Holzprobe 8 wird in eine weitere Vorrichtung 7 gelegt, die eine Relativbewegung des Holzes zulässt und ein Ausknicken des Holzes verhindert. Dann wird mit dem Stempel 3 eine Kraft aufgegeben, die solange erhöht wird, bis die Länge der Holzprobe 8 ca. 10% kleiner als das gewünschte Endmaße ist. Danach wird die Probe entlastet und der Stempel 3 zurückgenommen. Die Holzprobe dehnt sich wieder etwas aus und hat nun die gewünschte Länge.

Um eine Holzprobe mit einer exakt definierten (gestauchten) Endlänge zu erhalten, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Holzprobe im Anschluss an das Nachstauchen an den beiden Stirnflächen fest einzuspannen und in der Vorrichtung 7 trocknen zu lassen. Durch eine solche Fixie rung kann die gewünschte Endlänge genau eingestellt werden.

Eine so behandelte Holzprobe kann in kleinere Teile zerschnitten werden, die sich durch hohe Biegsamkeit auszeichnen. Werden aus derart gestauchtem Holz Furniere hergestellt, so weisen diese eine sehr hohe Flexibilität auf, wodurch sie sich sehr gut zum Beschichten von gewölbten Flächen eignen.

Bezugszeichenliste

1

Holz

2

Einspannung

3

Stempel

4

Spannvorrichtung

5

Spannvorrichtung

6

Spannvorrichtung

7

Vorrichtung

8

gestauchtes Holz

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von dauernd weichbiegsamen Holz, bei dem das Holz zunächst plastifiziert und anschließend in Faserlängsrichtung gestaucht wird, dadurch gekennzeich net, dass die Stauchung des Holzes in Stauchschritten durchgeführt wird, wobei die Kraft ei nes Stauchschrittes über den vollen Querschnitt auf einen Teil (9) der Gesamtlänge des Hol zes (1) ausgeübt wird, so dass über die Länge des Holzes (1) gestauchte Abschnitte erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauchschritte so ausgeführt werden, dass die einzelnen Abschnitte überlappungsfrei aneinander liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauchschritte so ausgeführt werden, dass einzelne Abschnitte oder Gruppen von überlappungsfreien Abschnitten vonein ander beabstandet sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die erste in Stauchschritten durchgeführte Vorstauchung eine zweite Nachstauchung durch geführt wird, und zwar so, dass das vorgestauchte Holz (1) in einer das Ausknicken verhin dernde Vorrichtung (7) nochmals, jedoch in einem Schritt auf ein Endmaß gestaucht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachstauchen auf ein Maß von mindestens 10% unterhalb des Endmaßes erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Holz (1) bei der Nachstauchung in einem Schritt in einer Vorrichtung in seiner Länge fixiert wird und bis zum Austrocknen in der Vorrichtung verbleibt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinlei tung ausgehend von einer oder beiden Stirnflächen erfolgt, wobei die erzeugte Kraft auf ei nen Teil der Gesamtlänge des Holzes wirkt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das gestauchte Holz (8) um einen geringeren Prozentsatz als bei der Gesamtstauchung in Faserlängsrichtung auseinander gezogen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das gestauchte Holz (8) in Teile entlang der Faserlängs- und/oder -querrichtung getrennt wird.

10. Einrichtung zur Herstellung von dauernd weichbiegsamen Holz, bestehend aus einer das Ausknicken verhindernde Einspannung und einem auf die Einspannung zustellbaren Stem pel, mit dem das Holz in Faserlängsrichtung durch Krafteinleitung über wenigstens eine der Stirnflächen gestaucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Einspannung (2) eine das Holz umgreifende Spannvorrichtung (4; 5; 6) vorgesehen ist, die Einspannung (2) und die Spannvorrichtung (4; 5; 6) zueinander so angeordnet sind, dass ein Teil der Länge des Holzes (1) zwischen der Spannvorrichtung (4; 5; 6) und der Einspannung (2) frei ist, und durch Ein leitung einer Kraft der freie Teil des Holzes (1) stauchbar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (4; 5; 6) in Segmente (4, 5, 6) geteilt ist, womit nacheinander Abschnitte des Holzes (1) umgreifbar sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannung (2) in ihrer auf das Holz (1) aufgeübten Kraft stellbar ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Positio nierung der Segmente (4, 5, 6) auf dem Holz (1) steuerbar ist.