DE102006009161A1

DE102006009161A1 - Formteil aus Holz und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102006009161A1
Application number: DE200610009161
Authority: DE
Inventors: Peer Prof. Dr.-Ing. Haller; Jörg Dipl.-Ing. Wehsener; Thomas Händel
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2026-02-22
Also published as: DE102006009161B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Formteil aus Holz, gebogen aus zu einem plattenförmigen Vorkörper gefügten Holzstücken, die ein- oder mehrachsig quer zur Faserrichtung verdichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil aus zu einem plattenförmigen Vorkörper (3) gefügten Holzstücken (1) gebogen ist, deren Faserrichtung senkrecht zur Fläche des Vorkörpers (3) verläuft und die Fläche um eine oder mehrere Achsen verformt ist, so dass die Projektionen dieser Achsen auf die Fläche mit der Faserrichtung nicht parallel sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Formteil aus Holz, gebogen aus zu einem plattenförmigen Vorkörper gefügten Holzstücken, die ein- oder mehrachsig quer zur Faserrichtung verdichtet sind, Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Formteiles aus Holz.
Mit der Erfindung lassen sich mehrfach gekrümmte Formteile aus Holz herstellen, womit vorzugsweise Materialien aus Kunststoff ersetzen werden können.
Holz ist ein poröser, inhomogener Werkstoff Es enthält verschiedenartig angeordnete Hohlräume. Diese Hohlräume sind in den Zellen enthalten oder werden von Zellen umschlossen. Auf thermohygrischem Wege wird das Lignin plastifiziert, so dass die Zellwände unter Druck zusammengefaltet und die Hohlräume verringert werden können.

Aus der Patentschrift Nr. 601162 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdichten von Holz bekannt, wobei das Holz etwa senkrecht zur Faserrichtung mehrseitig zusammengepresst und im gepressten Zustand gegebenenfalls einer Wärmebehandlung bzw. einer Imprägnierung unterzogen wird. Das Verdichten erfolgt durch ein zweifach aufeinanderfolgendes Pressen, so dass die Verdichtung gleichmäßiger und vollkommener ausfällt als bei zuvor bekannten Lösungen.

Aus der Patentschrift Nr. 636413 ist es zur Herstellung von Holzformteilen bekannt, mit Kunstharz getränkte Holzstücke in einer beheizten Form längs der Faserrichtung zu verdichten.

Die Möglichkeit, Holz in Faserlängsrichtung zu verdichten, wird für verschiedene Anwendungen genutzt. In der Möbelindustrie dient dieses Verfahren dazu, die Biegsamkeit von Umleimfurnieren für Möbelplatten u.ä. zu erhöhen. Bei Stauchbiegeholz aus gesundem Laubholz sind Verformungszahlen mit einem Verhältnis von Dicke zu Krümmungsradius t/r bis 0,25 möglich. Nadelholz lässt sich dagegen schlechter stauchen, weil das härtere Spätholz in das weichere Frühholz ausweichen kann.

Darüber hinaus ist ein Verfahren zur Verdichtung von Furnieren durch äußeren Druck zu Pressvollholz – sogenanntes Lignostone – bekannt. Mit diesem Produkt wurden maximale Dichten von 1460 kg/m³ erreicht. Durch die Steigerung der Rohdichte wurden die mechanischen Eigenschaften hinsichtlich Härte und Festigkeit wesentlich verbessert. Die gepressten Rotbuchenfurniere weisen Zug- und Biegefestigkeiten in der Größenordnung von Stahl auf.

Durch die Variation des Verfahrens hinsichtlich Pressdruck, Holzfeuchte, Temperatur und Zeit können die mechanischen Eigenschaften, die Dimensionsstabilität und die Dauerhaftigkeit sowie die Resistenz gegen tierische und pflanzliche Schädlinge gezielt verändert bzw. verbessert werden.

Aus der DE 197 43 703 A1 ist ein Verfahren zum Formen von Holz durch hydrostatisches Pressen bekannt. Nach dem Verfahren wird Primärholz mit einem Wassergehalt von 10 bis 80 Gew.-% in einen erweichten Zustand überführt, das erweichte Holz zum Formen dem hydrostatischen Druck einer Druckflüssigkeit ausgesetzt und der gepresste Zustand des Holzes durch eine Behandlung fixiert. Man erhält ein verdichtetes Holz mit verbessertem Aussehen und verbesserten Materialeigenschaften gegenüber dem Primärholz ohne dabei eine Form zu benutzen.

Darüber hinaus sind eine Vielzahl von Plastifizierungsmethoden (z.B. Behandlung mit Heißdampf, Wasserdampfbehandlung) bekannt, die die Formbarkeit erhöhen und wasserabweisende Tränkmittel enthalten, welche den Vergütungseffekt durch Reduzierung der Feuchtigkeitsaufnahme infolge der Hydrophobierung der an sich hydrophilen Holzoberfläche dauerhaft erhalten.

Ein Beispiel dafür ist das unter dem Namen Calignum bekannte Pressvollholz, dass vor dem Pressen wahlweise imprägniert wird und infolge dessen bei Feuchtelagerung nicht quillt und somit Dimensionsstabil bleibt.

Aus der WO 94/20273 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von gepresstem Holz aus Rundhölzern bekannt. Dabei wird das Rundholz in einer Formgebungseinrichtung quer zur Faserrichtung zu Kanthölzern verpresst und danach auf eine Temperatur von über 100 °C erhitzt, um das Holz plastifizierbar zu machen. Anschließend wird auf eine Temperatur unterhalb der Plastifizierungstemperatur abgekühlt, so dass die erhaltene Form beibehalten wird. Die so erhaltenen Kanthölzer können zu Schichtholz oder Platten verleimt werden. Durch das Verfahren werden Bauteile aus einem widerstandsfähigen und harten Holz gewonnen.

Aus der WO 02/096608 A1 ist ein Profil aus Holz und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt, bei dem das Profil aus einer Holzplatte gebogen ist, wobei die Biegungen um eine oder mehrere Achsen verlaufen und die Projektionen der Achsen auf die Platte im wesentlichen mit deren Faserrichtung zusammenfallen Hiermit lassen sich Profile aus Holzwerkstoffen für materialsparende Konstruktionen herstellen.

Es ist nun die Aufgabe der Erfindung, ein besonders leichtes Formteil aus Holz und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, das einer Verformung um mehrere Achsen ohne Zerstörung der Struktur des Holzes unterzogen werden kann und trotz seines geringen Gewichtes eine hohe Stabilität aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Formteil aus Holz mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Formteiles sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung ist das Formteil aus Holz aus zu einem plattenförmigen Vorkörper gefügten Holzstücken gebogen, die ein- oder mehrachsig quer zur Faserrichtung verdichtet sind. Die Holzstücke sind so zu einem plattenförmigen Vorkörper gefügt, dass deren Faserrichtung senkrecht zur Fläche der Holzplatte verläuft. Die Fläche ist um eine oder mehrere Achsen verformt, wobei die Projektionen dieser Achsen auf die Fläche mit der Faserrichtung nicht parallel sind.

Es ist zwar schon bekannt geworden, eine durch den Verdichtungsprozess dem Holz aufgeprägte Dehnbarkeit zur Herstellung verschiedener Querschnittsformen auszunutzen, allerdings dient dies vornehmlich der Herstellung von Profilen aus Rund- oder Schnittholz und nicht der Herstellung leichter und fester Formteile. Bei den Profilen aus Rund- oder Schnittholz erfolgt die Biegung der Holzplatte um eine oder mehrere Achsen, wobei deren Projektionen auf die Platte im wesentlichen mit der Faserrichtung der Holzstücke in der Platte zusammenfallen.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Holzstücke mit zu der Fläche des plattenförmigen Vorkörpers senkrecht verlaufender Faserrichtung und Verdichtung quer zur Faserrichtung, sowie dem vorteilhaften Einsatz von porigem oder Holz mit geringer Dichte, lässt sich der gefügte plattenförmige Vorkörper in eine beliebige Form bringen. Auch bei mehrfach gekrümmten Formteilen kommt es nicht zur Zerstörung der Struktur des Holzes. Bei der Formgebung werden die verdichteten Bereiche gedehnt und die unverdichteten porigen Bereiche gestaucht.

Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 8 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Varianten des Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.

Mit der Erfindung sind verschiedene frei formbaren Formteile aus Holz herstellbar, die sich besonders als Ersatz für Strukturen aus Kunststoff eignen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Holzstückes mit einseitiger Verdichtung quer zur Faserrichtung
2 eine schematische Darstellung eines Holzstückes mit zweiseitiger Verdichtung quer zur Faserrichtung
3 eine schematische Darstellung eines plattenförmigen Vorkörpers mit ein- und mehrachsig verdichteten Holzstücken
4 eine schematische Darstellung eines plattenförmigen Vorkörpers mit ein- und mehrachsig verdichteten Holzstücken und Perforierung
5 eine schematische Darstellung eines plattenförmigen Vorkörpers mit Biegeachsen
6 eine schematische Darstellung eines schichtförmigen Vorkörpers
7 eine schematische Darstellung eines schalenförmigen Formteiles
8 eine schematische Darstellung eines sattelförmigen Formteiles
1 zeigt ein quadratisches Holzstück 1 mit parallel zu den Seitenkanten 2 verlaufender Faserrichtung. Die Länge der Kanten des Holzstückes wurde mit 3 cm und die mit Höhe 1,5 cm gewählt. Zur Herstellung des Holzstücks 1 wurde Balsa wegen seiner besonders geringen Dichte und Porigkeit verwendet.
Dargestellt ist eine Verdichtung des Holzstückes 1 in einer Richtung quer zur Faserrichtung. Die Richtung der Verdichtung im Holzstück 1 ist durch Pfeile gekennzeichnet.
In der 2 ist ein Holzstück 1 mit Abmessungen wie in der 1 dargestellt. Die Faserrichtung liegt ebenfalls parallel zu den Seitenkanten 2. Die Verdichtung des Holzstückes 1 erfolgt in zwei Richtungen quer zur Faserrichtung. Die beiden Richtungen der Verdichtung im Holzstück 1 sind durch Pfeile gekennzeichnet.
Einzelne verdichtete Holzstücke 1 werden an den Seitenkanten 2 beleimt und zu einem plattenförmigen Vorkörper entsprechend der Darstellung in 3 zusammengefügt. Dabei entspricht der Verlauf der vorgenommenen Verdichtung in den einzelnen Holzstücken 1 im wesentlichen der später folgenden maximalen Dehnung während der Formgebung.
Vorteilhaft lässt sich, wie in der 4 dargestellt, der plattenförmige Vorkörper 3 mit einer Perforierung 4 versehen. Die Perforierung verläuft parallel zur Faserrichtung durch den Vorkörper 3. Damit lassen sich Stauchungen im Formteil bei besonders intensiven Formänderungen vollständig aufnehmen, ohne dass es zu Faltungen des Materials kommt.
5 zeigt schematisch einen plattenförmigen Vorkörper 3, bei dem der erfindungsgemäße senkrechte Verlauf der Faserrichtung zur Fläche mit L dargestellt ist. Die beiden vorgesehenen Biegeachsen T_R und R_T liegen in der Projektion auf die Fläche nicht parallel zur Faserrichtung.
Zur Vereinfachung der Handhabung der Holstücke 1 wird aus den verdichteten Holzstücken ein schichtförmiger Vorkörper 3 wie in 6 hergestellt. Vor der Formgebung kann dieser in plattenförmige Vorkörper geteilt werden.
7 zeigt schematisch ein schalenförmiges Formteil aus Holz. Der plattenförmige Vorkörper 3 erfährt hier eine gleichmäßige Krümmung um zwei Achsen, so dass eine konvexe Form ausgebildet wird. Das Produkt der beiden Krümmungsradien k₂ und k₁ ist hier größer als 0.
8 zeigt schematisch ein sattelförmiges Formteil aus Holz. Der plattenförmige Vorkörper 3 wurde um zwei Achsen gebogen, wobei das Produkt der Krümmungsradien k₂ und k₁ kleiner als 0 ist.
Zur Herstellung des plattenförmigen Vorkörpers wurden Holzarten wie Balsa, Pappel, Birke und Buche verwendet. Die Rohdichte des Holzes betrug zwischen 120 und 220 kg/m³.
Die Herstellung des Vorkörpers aus den verdichteten Holzstücken erfolgte nach einem zuvor festgelegten Leimplan, um die durch lokal unterschiedliche Verdichtungen auftretende Spannungsspitzen möglichst gleichmäßig abzubauen.

Claims

Formteil aus Holz, gebogen aus zu einem plattenförmigen Vorkörper gefügten Holzstücken, die ein- oder mehrachsig quer zur Faserrichtung verdichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil aus zu einem plattenförmigen Vorkörper (3) gefügten Holzstücken (1) gebogen ist, deren Faserrichtung senkrecht zur Fläche des Vorkörpers (3) verläuft und die Fläche um eine oder mehrere Achsen verformt ist, so dass die Projektionen dieser Achsen auf die Fläche mit der Faserrichtung nicht parallel sind.
Formteil aus Holz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil aus Holzstücken (1) mit geringer Dichte und großer Porigkeit besteht.
Formteil aus Holz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzstücke (1) aus Balsa, Buche, Birke oder Pappel hergestellt sind.
Formteil aus Holz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zum plattenförmigen Vorköper (3) gefügten Holzstücke (1) unterschiedliche Höhe aufweisen.
Formteil aus Holz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil eine farbliche Behandlung aufweist.
Formteil aus Holz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Formteiles mit einer oder mehreren Lagen dekoriert oder verstärkt ist.
Formteil aus Holz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Formteiles eine wasserabweisende Beschichtung aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Formteiles aus Holz, bei dem Holzstücke ein- oder mehrachsig quer zur Faserrichtung verdichtet, zu einem plattenförmigen Vorkörper zusammengefügt und die Holzplatte anschließend gebogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Holzstücke (1) zu einem plattenförmigen Vorkörper (3) in der Weise zusammengefügt werden, das die Faserrichtung und somit die Verdichtung der Holzstücke (1) senkrecht zur Fläche des plattenförmigen Vorkörpers (3) verläuft, und – der plattenförmige Vorkörper (3) zur Herstellung des Formteiles um eine oder mehrere Achsen verformt wird, wobei die Projektionen dieser Achsen auf die Fläche mit der Faserrichtung nicht parallel verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fixierung des Formteiles nach der Formgebung vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein- oder mehrachsig verdichteten Holzstücke (1) mit den zur Faserrichtung parallelen Seiten aneinandergereiht zu einem Stück beliebiger Länge und Breite verleimt werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Vorkörper (3) aus verdichteten und unverdichteten Holzstücken (1) gebildet wird, wobei bei der Formgebung im wesentlichen die gebildeten verdichteten Bereiche einer dehnenden Verformung unterzogen werden
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Vorkörper (3) nach der Formgebung mit einer oder mehreren Lagen dekoriert oder verstärkt wird..
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Vorkörper (3) vor oder nach der Formgebung imprägniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Holzstücke (1) Balsa, Buche, Birke oder Pappel verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein plattenförmiger Vorkörper (3) aus unterschiedlichen Holzarten hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Vorköper (3) vor der Formgebung perforiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzstücke (1) zu einem schichtförmigen Vorköper (3) zusammengefügt werden und vor der Formgebung plattenförmige Vorkörper (3) erzeugt werden.