DE102007003698B3

DE102007003698B3 - Verfahren zum Herstellen von Flachspänen aus Holz

Info

Publication number: DE102007003698B3
Application number: DE102007003698A
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl.-Ing. Loth; Volker Prof. Dr.-Ing. Thole
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2027-01-26
Also published as: EP2121255B1; WO2008089989A1; CN101610881A; DE502008001588D1; US20100126630A1; CY1111244T1; CA2676638A1; EP2121255A1; ATE485144T1; RU2009131934A; ES2351180T3; RU2447989C2

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen von Flachspänen für strukturorientierte Holzwerkstoffe. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte: - es wird aus lignozellulosehaltigem Material ein Vorprodukt erzeugt; - das Vorprodukt hat eine Länge von zwischen 20 und 200 mm; - das Vorprodukt wird einer hydrothermalen Behandlung unterworfen; - die Einwirkungsdauer beträgt wenigstens drei Minuten, und die Einwirkungstemperatur beträgt wenigstens 40°C; - das Vorprodukt wird einer Zerspanung oder Spaltung unterworfen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Flachspänen aus Holz, auch „OS-Späne" („Oriented Strand") genannt.
Bei strukturorientierten Holzwerkstoffen handelt es sich um spezielle lignocellulosehaltige Platten oder Formteile mit gerichteten mechanischen und hygrischen Eigenschaften. Zu diesen Holzwerkstoffen werden LSL, PSL und vor allem OSB gerechnet. OSB ist der strukturorientierte Holzwerkstoff mit der größten wirtschaftlichen Bedeutung. Bedingt durch die Form und Größe der Strands verfügen die entsprechenden Holzwerkstoffe über hohe mechanische Eigenschaften. Sie sind daher besonders als Konstruktionselemente im Bauwesen einsetzbar.
Aus US 2 874 909 A ist ein Verfahren zum Erzeugen von Spänen für die Herstellung von Platten mit den folgenden Verfahrensschritten bekannt: es wird aus Frischholz oder Recyclingholz ein Vorprodukt erzeugt, das Vorprodukt ist im wesentlichen stabförmig, das Vorprodukt wird einem Zerspaner zugeführt, umfassend eine Vielzahl von Messern, die auf einem Messerring angeordnet sind, deren Schneiden wenigstens annähernd parallel zur Ringachse verlaufen, und die einen Arbeitsraum umschließen; das Vorprodukt wird um die Messerringachse herum in Umdrehung versetzt, hierbei derart ausgerichtet, dass es im wesentlichen parallel zur Ringachse liegt und durch Fliehkraft gegen die Schneiden der Messer angedrückt wird; das Vorprodukt hat eine Länge von mehreren Zentimetern.
DE 11 71 143 B zeigt und beschreibt den Einfluss von Wärme, Feuchtigkeit und Druck bei der Herstellung von Spänen zur Verbesserung von deren Qualität.
Ein erfolgreiches Verfahren zum Herstellen von OS-Spänen ist beschrieben in EP 1 335 818 B1 . Dort ist die Gestalt des Vorproduktes genauer definiert.
Das Verfahren ist jedoch verbesserungsfähig. Dies betrifft vor allem die Qualität des einzelnen Flachspanes. Dieser soll nach Möglichkeit noch hochwertiger sein bezüglich seiner Gestalt und seiner Oberfläche. Auch soll beim Zerspanen ein Maximum an hochwertigen Flachspänen entstehen, aber nur ein Minimum an Feinstoffanteil. Schließlich soll der Energiebedarf minimiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem ein Strandmaterial aus stückigen Holzteilen (Vorprodukte wie Maxichips und Flachchips) herstellbar ist, das hohe Anteile ausgesprochen flächiger Strands und geringe Feingutanteile enthält. Ferner soll der Bedarf an Zerspanungsenergie minimal sein.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Die wesentlichen Gedanken der Erfindung betreffen die Gestalt des Vorproduktes sowie das Vorsehen eines weiteren Behandlungsschrittes: das Vorprodukt wird nämlich einer Zwischenbehandlung mit Einwirkung von Wärme und Feuchte unterworfen, bevor es mechanisch weiterbehandelt wird.
Die genannte Behandlung mit Feuchte und Wärme wird nach dem Hacken am Vorprodukt (Maxichip) angewandt. Sie kann kombiniert werden mit der Anwendung überatmosphärischen Druckes.
Zur Behandlung mit Wärme können jegliche Wärmequellen verwendet werden, beispielsweise Mikrowellen- oder Infrarot-Vorrichtungen. Auch eine Heißwasserbehandlung oder Dampfbehandlung kommt in Betracht.
Das gesamte Verfahren kann chargenweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. Beim kontinuierlichen Arbeiten ist die Anwendung von Förderschnecken denkbar. Die Schnecken können mit einem Hackschnitzel-Wasser-Gemisch beschickt werden. Der Druck kann dadurch erzeugt werden, dass eine Absperrklappe am Ende der Förderschrecke einen begrenzten Austrittsspalt freigibt, und somit einen Druck in der Förderschnecke aufbaut. In der Förderschnecke kann auch eine Dampfbehandlung stattfinden. Auch ist die Anwendung von Unterdruck oder Überdruck anwendbar.
Die Ergebnisse sind verblüffend. Der erfindungsgemäße Prozess hat nämlich die folgenden Vorteile:

– der Zerspanungsprozess liefert einen hohen Anteil an Flachspänen, und einen minimalen Anteil an unerwünschtem Feinstoff;
– die Qualität der Flachspäne ist besser, als die bisher erzeugten: die Späne sind von tadelloser Oberfläche, geeignet zum Erzeugen von OS-Platten; die Späne sind weiterhin von höherer Festigkeit, als bisher;
– die Strands zeigen darüber hinaus aufgrund der hydrothermalen Behandlung und der schonenden Zerspanung weniger Risse, die Gefahr einer Nachzerkleinerung durch nachfolgende Prozesse bei der Herstellung von OSB ist hierdurch geringer;
– der spezifische Energieaufwand in kWh, bezogen auf die Mengeneinheit erzeugter OS-Späne, ist wesentlich geringer als bei bekannten Verfahren;
– als Ausgangsmaterial kommen jegliche lignozellulosehaltigen Materialien in Betracht, somit Holz, Abfallholz, geschreddertes Holz, Recyclingholz, aber auch exotische Materialien wie Bambus, Palme.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
1 zeigt in einem Blockschaltbild den Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen von OS-Platten.
2 zeigt einen Zerspaner in einer Ansicht von vorn, das heißt in einer Ansicht auf diejenige Seite, auf der sich der Gehäusedeckel mit dem Einsatz für das Vorprodukt befindet.
3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Axialschnitt des Zerspaners gemäß 2.
4 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus 3, nämlich ein Messerpaket.
Das Blockschaltbild gemäß 1 zeigt die folgenden Stationen des Verfahrens zum Herstellen von OS-Platten:
Das zu verarbeitende Gut wird zunächst in Station 100 gelagert. Dabei handelt es sich im Falle dieses Beispieles um gebrauchte Holzpaletten. Selbstverständlich kommen alle möglichen anderen lignozellulosehaltigen Materialien in Betracht, so wie oben erwähnt.
In Station 101 findet eine Vorzerkleinerung statt, beispielsweise in einem Shredder.
In Station 102 findet ein Hacken statt. Hier wird das Vorprodukt erzeugt. Es ist wenigstens annähernd stabförmig.
In Station 103 findet ein Behandeln mit Feuchtigkeit und Wärme statt. Die Behandlung kann in einem Tauchen in heißes Wasser bestehen. Das Wasser hat eine Temperatur von über 50°C, beispielsweise 60, 70, 80, 90, 100°C. Die Verweildauer liegt zwischen 3 und 30 Minuten. Auch längere Zeitspannen kommen in Betracht, beispielsweise eine Stunde, zwei Stunden und so weiter.
Statt des Tauchens in heißem Wasser kommt auch ein Brühen mit Heißdampf in Betracht.
Die Nass-Heiß-Behandlung kann auch unter überatmosphärischem oder unteratmosphärischem Druck stattfinden, somit in einem geschlossenen Gefäß. Dabei wird das Vorprodukt – somit die Hackschnitzel – vollständig durchtränkt. Es findet ein gewisses Plastifizieren, gegebenenfalls auch ein Anlösen des Lignins statt.
In Station 104 wird das Vorprodukt vorgesichtet.
In Station 105 findet das Zerspanen statt. Das Ergebnis sind OS-Späne mit einer Spandicke von 0,2 bis 0,8 mm, am besten 0,2 bis 0,6 mm.
Auf das Zerspanen folgt ein Nachsichten in Station 106.
Hieran schließt sich eine Weiterverarbeitung zu OS-Platten in Station 107 an.
Wie man aus den 2 und 3 im einzelnen sieht, umfasst der Zerspaner einen Rotor 1, der von einer Welle 2 angetrieben ist. Der Rotor 1 enthält einen Kranz von achsparallelen Flügeln 3. Ein Messerkorb mit ebenfalls achsparallel angeordneten Messern 4 umschließt den Rotor 1. Rotor 1 und Messerkorb sind wiederum in einem Gehäuse 5 angeordnet und gemeinsam von diesem umschlossen. Gehäuse 5 weist einen Einlass 6 für die zuzuführenden Hackschnitzel sowie einen Auslass für den fertigen Span auf.
3 veranschaulicht an zwei Stellen ein stabförmiges Vorprodukt 20. Diese ist im vorliegenden Fall als regelmäßiger rechteckiger Klotz bestellt. Stattdessen könnte dieses Vorprodukt jedoch auch andersartig gestaltet sein, beispielsweise unregelmäßige Begrenzungsflächen aufweisen. Wesentlich ist nur, dass dieses Vorprodukt 20 mehr oder minder stabförmig ist, das heißt eine Längserstreckung aufweist, die größer ist, als die Quererstreckungen in hierzu senkrecht verlaufenden Ebenen.
Das Vorprodukt 20 wird dem schachtförmigen Einlass 6 zugeführt – siehe Pfeil. Es gelangt sodann in den vom Rotor 1 umschlossenen Innenraum. Dabei legt sich das Vorprodukt 20 – automatisch oder durch eine entsprechende Orientierungseinrichtung – derart, dass es vorwiegend zur Längsachse der Rotorwelle 2 verläuft, und damit mehr oder minder parallel zu den Messern 4. Das Vorprodukt hat eine erhebliche Größe, insbesondere eine erhebliche Länge, verglichen mit jenen Hackschnitzeln, die den bisher üblichen Messerringzerspanern zugeführt werden.
In 4 ist in einem achssenkrechten Schnitt ein Messerpaket dargestellt. Dieses Messerpaket ist jeweils Bestandteil des Messerringes der Maschine.
Jedes Messerpaket ist wie folgt aufgebaut: Ein Tragklotz 10 trägt ein Schneidmesser 11, das mittels einer Spannplatte 12 und einer Schraube 13 am Tragklotz 10 befestigt ist.
Jeder Tragklotz 10 weist eine Verschleißfläche 10.1 auf. Entscheidend ist, dass diese der Maschinenachse zugewandte Verschleißfläche 10.1 annähernd eben sind und somit nicht konzentrisch wie beim Stand der Technik.
Dabei ist die Verschleißfläche 10.1 wie im Falle der 4 aus einer Verschleißplatte 10.2 gebildet, die ihrerseits am übrigen Tragklotz 10 befestigt ist. Die Verschleißfläche kann auch aus einer Verschleißschicht gebildet werden, die durch Aufbringen einer Verschleißschicht, vorzugsweise durch Auftragsschweißen oder Aufspritzen und anschließendes Schleifen erzeugt wurde.
Bei der Ausführungsform gemäß 4 ist ein Stockmesser 14 vorgesehen, das auf der dem Schneidmesser 11 gegenüberliegenden Seite des Tragklotzes 10 befestigt ist, und das mit dem Schneidmesser des benachbarten Messerpaketes zusammenarbeitet. Auch ist eine Verschleißplatte denkbar, in der das Stockmesser integriert ist und die dessen Funktion übernimmt.

1: Rotor
2: Welle
3: Flügel
4: Messer
5: Gehäuse
6: Einlass
10: Tragklotz
10.1: Verschleißfläche
10.2: Verschleißplatte
11: Schneidmesser
12: Spannplatte
13: Schraube
14: Stockmesser
20: Vorprodukt
100: Lagerstation für Altholz
101: Vorzerkleinerungsstation
102: Hackstation
103: Heißwasserstation
104: Vorsichtstation
105: Zerspanstation
106: Nachsichtstation
107: Weiterverarbeitung

Claims

Verfahren zum Herstellen von Flachspänen für strukturorientierte Holzwerkstoffe, mit den folgenden Verfahrensschritten: 1.1 es wird aus lignozellulosehaltigem Material ein Vorprodukt erzeugt; 1.2 das Vorprodukt hat eine Länge von zwischen 20 und 200 mm; 1.3 das Vorprodukt wird einer hydrothermalen Behandlung unterworfen; 1.4 die Einwirkungsdauer beträgt wenigstens drei Minuten, und die Einwirkungstemperatur beträgt wenigstens 40°C; 1.5 das Vorprodukt wird einer Zerspanung oder Spaltung unterworfen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der hydrothermalen Behandlung trockene Wärme oder Dampf oder Heißwasser oder ein Wasserbad oder eine Mikrowellenbehandlung oder eine Hochfrequenzbehandlung angewandt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrothermale Behandlung des Vorproduktes vor dem Zerspanen oder Spalten oder während des Zerspanens oder Spaltens stattfindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorprodukt nach der hydrothermalen Behandlung eine Feuchte von über 35% atro aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrothermale Behandlung bei überatmosphärischem oder unteratmosphärischem Druck erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerspanung des Vorproduktes in Messerringzerspanern, Messerwellenzerspanern oder Scheibenzerspanern erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 7.1 das Vorprodukt (20) wird einem Zerspaner zugeführt, umfassend eine Vielzahl von Messern (4), die auf einem Messerring angeordnet sind, deren Schneiden wenigstens annähernd parallel zur Ringachse verlaufen, und die einen Arbeitsraum umschließen; 7.2 das Vorprodukt (20) wird um die Messerringachse herum in Umdrehung versetzt, hierbei derart ausgerichtet, dass es im wesentlichen parallel zur Ringachse liegt und durch Fliehkraft gegen die Schneiden der Messer (4) angedrückt wird; 7.3 die Betriebsparameter wie die Messergestalt, der Messerwinkel, werden derart gewählt, dass sich Flachspäne mit einer Spandicke von 0,2 bis 0,8 mm, vorzugsweise von 0,2 bis 0,6 mm ergeben; 7.4 dem Zerspanen wird ein Sichter-Schritt vorgeschaltet, um nur Vorprodukte bestimmter Abmessungen durchzulassen; 7.5 dem Zerspanen wird ein Klassifizier-Schritt nachgeschaltet, um die Späne nach Kriterien ihrer Gestalt oder ihrer Abmessungen oder ihres Gewichtes zu klassifizieren.