-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verdichtung und Umformung eines Holzelementes in einer Pressform.
-
Die ökonomischen und ökologischen Forderungen der Flexibilität und der Innovation hinsichtlich des Werkstoffeineinsatzes erfordert den effektiven Einsatz von Material bzw. Werkstoffen und Energie.
-
Holz ist der bedeutendste nachwachsende Rohstoff für den, in seiner Vielgestaltigkeit, noch längst nicht alle Anwendungsbereiche erschlossen sind.
-
Es ist heute möglich, den Werkstoff Holz durch Imprägnieren und Verdichten so zu modifizieren, dass er Festigkeitswerte erreicht, die mit denen von Stahl vergleichbar sind. In vielen Fällen ist der Einsatz von Holz kostengünstiger als der von Metall und Kunststoff. Der Holzstoff kann ein Viertel bis ein Drittel des Metallpreises betragen.
-
Das Verdichten und Formen von Holz unter Wärme und Druck ist in der Holztechnologie seit langem bekannt. Hierbei kommt hauptsächlich Laubholz zum Einsatz.
-
Bisher wird die Herstellung von Produkten aus verdichtetem Formvollholz in zwei Schritten realisiert. Zuerst wird das Holz verdichtet und danach umgeformt (gebogen), bei denen zur Holzplastifizierung und Formfixierung Wärme zugeführt werden muss. Durch den fast doppelten Energieverbrauch sind die beiden Verfahrensschritte zusammen energetisch nicht effektiv.
-
Bei bekannten Verfahren erfolgt eine ein- und zweiachsige oder hydrostatische Holzverdichtung und deshalb werden nicht alle physikalisch möglichen Reserven in den mechanischen Eigenschaften genutzt.
-
Aus der
DE 636 413 ist ein Verfahren zum Herstellen von verdichteten Holzgegenständen bekannt, bei dem in Kunstharz getränkte Holzrohlinge in eine Form gepresst werden. Diese Form hat eine Eintrittsöffnung in die das Holz in Faserlängsrichtung eingeführt und anschließend mit Druck beaufschlagt wird. Durch den Druck wird das Holz axial verdichtet und dehnt sich formbedingt axial aus. Nach Öffnen der Form wird das gepresste Holz entnommen.
-
Aus der
DE 10 124 912 ist ein Verfahren zur Herstellung eines ausgeprägt dreidimensional geformten, dünnwandigen, schalenförmigen Körpers bekannt. Hierbei wird beispielsweise ein flächiges, hölzernes Element in eine Form mit der gewünschten Kontur eingeschoben und es nimmt die vorgegebene Form an.
-
Die Nachteile dieser Verdichtungsverfahren bestehen darin, dass die mechanische Wirkung entweder gar nicht oder nur im Anfangsstadium mit der Faserrichtung orientiert ist.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdichtung und Umformen eines Holzelementes in einer Pressform anzugeben, die die Herstellung von Formholz mit höherer Festigkeit, Steifigkeit und vorgegebenen geometrischen Parametern gestatten.
-
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1.
-
Durch die Kombination von Verdichtung und (Biege)Umformung in einer gemeinsamen Pressform kann der Energiebedarf reduziert werden.
-
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn das Holzelement gleichzeitig verdichtet und umgeformt, insbesondere gebogen wird.
-
Mit zunehmendem hydrostatischen Druckspannungsanteil im Verlauf eines Umformvorganges sind günstigere Verformungsmöglichkeiten gegeben. Dies bedeutet, dass unter der Wirkung von hydrostatischen Druckspannungen das Versagen des Werkstoffs erst bei viel größeren Formänderungen auftritt. Diese Materialeigenschaften werden in der vorliegenden Erfindung durch die bevorzugte, gleichzeitige, dreiachsige Verdichtung und Umformung des Holzes genutzt. Die thermomechanische, gesteuerte, dreiachsige Verdichtung von Massivholz verändert das Holzgefüge und erzeugt Dehnungsreserven zur Verformung des Materials bei gleichzeitiger Erhöhung der Festigkeit und Steifigkeit.
-
Das Holzelement wird zumindest zweiachsig, bevorzugt dreiachsig verdichtet und gebogen.
-
Vorzugsweise wird der Vorteil eines größeren Umformvermögens des Holzes bei gleichzeitiger dreiachsiger Verdichtung gezielt genutzt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei der Umformung keine vorherige Verdichtung und Plastifizierung des Materials durch Befeuchten und Erwärmen notwendig ist.
-
Überdies kann das Holzelement durch eine Druckvorrichtung in Richtung des Presskanals druckbelastet werden und die Druckvorrichtung zumindest partiell in den in diesem Bereich vorzugsweise geradlinigen Presskanal eindringen. Wenn der Presskanal in dem Bereich in den die Druckvorrichtung eindringt, geradlinig ausgebildet ist, können die Toleranzen zwischen Presskanal und Druckvorrichtung bei geringen Herstellkosten niedrig gehalten werden.
-
Vorzugsweise presst die Druckvorrichtung nach dem partiellen Einpressen eines ersten Holzelements in den Presskanal ein weiteres Holzelement in den Presskanal, wodurch das erste Holzelement durch das weitere Holzelement durch den Presskanal hindurch gepresst wird. Die Holzelemente folgen dabei einer vorzugsweise gekrümmten Kanalgeometrie des Presskanales, ohne dass die Druckvorrichtung dieser Krümmung folgen muß. Demnach wird eine komplexe Bewegung der Holzelemente durch eine lineare Bewegung der Druckvorrichtung erreicht und somit wird die bevorzugte dreiachsige Verdichtung und Umformung durch eine kostengünstige Druckvorrichtung bewerkstelligt.
-
Insbesondere ist es ein Vorteil, wenn das Holzelement durch den Druck der Druckvorrichtung und dem Gegendruck, resultierend aus der Wandreibung und einer einsetzenden Querschnittsverringerung des Presskanals, in einem ersten Abschnitt des Presskanals axial verdichtet wird. Dadurch wird eine Verdichtung entlang der Längsachse erreicht, ohne das weitere Hilfsmittel notwendig sind, was sich als besonders kostengünstig erweist.
-
Vorzugsweise wird das Holzelement durch einen weiteren stromabseitigen Abschnitt des Presskanals beim Durchlaufen der weiteren Kanalgeometrie weiterhin entlang seiner Längsachse, zusätzlich aber zweidimensional radial verdichtet und gebogen, insgesamt also einer dreiachsigen Verdichtung unterworfen. Durch die radiale Verdichtung und gleichzeitige Biegung werden die Holzfasern gleichmäßig verformt, was zu einer sehr gleichmäßigen Holzstruktur führt.
-
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Holzelement in einem Endabschnitt des Presskanals in seiner Form fixiert wird. Dadurch werden Formfehler reduziert und die Qualität des Endproduktes erhöht.
-
Überdies kann vorzugsweise das Holzelement während der Beanspruchung in der Pressform zusätzlich eine Imprägnierung erhalten. Eine Imprägnierung des Holzelements wird vorgenommen, um das Eindringen von Wasser in den Holzelementquerschnitt zu verhindern und beispielsweise Faulprozesse oder Witterungseinflüsse fernzuhalten und somit die Langzeitbeständigkeit zu erhöhen.
-
Das Holzelement kann während der Verdichtung und Biegung in der Pressform zusätzlich einer chemischen Behandlung ausgesetzt werden. Die chemische Behandlung des Holzes kann durchgeführt werden, um vor einem Befall von holzzerstörenden Pilzen und Insekten zu schützen. Ferner ist es möglich mit einer chemischen Behandlung eine Beeinträchtigung des Werkstoffs durch UV-Licht zu reduzieren bzw. zu verhindern.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Holzelement während der Umformbearbeitung in der Pressform zusätzlich einer thermischen Behandlung unterworfen werden. Durch die Wärmebehandlung kann die Gleichgewichtsfeuchte im Holz verringert werden. Ebenso lässt sich dadurch die Farbe des Holzes beeinflussen. Auch die Dauerhaftigkeit von Holz lässt sich durch thermische Behandlung erhöhen und somit beispielsweise Pilzbefall und Witterungseinflüssen besser begegnen. Zudem kann das Quell- und Schwindmaß reduziert werden. Des Weiteren können durch thermische Behandlung die inneren Spannungen von Holz abgebaut werden, sowie die Wärmedämmeigenschaften erhöht werden. Thermisch behandeltes Holz weist darüber hinaus eine erhöhte Dimensionsstabilität auf.
-
Es kann vorteilhaft sein, wenn das Holzelement zur stärkeren Verdichtung zusätzlich einen Gegendruck durch eine zweite Druckvorrichtung an der Austrittsöffnung erhält. Durch diesen Gegendruck kann eine noch stärkere Verdichtung des Holzelements erreicht werden.
-
Überdies kann der mit einem Holzelement befüllte Endabschnitt des Presskanals relativ zur Pressform bewegt werden. Somit kann das Holzelement zusammen mit dem Endabschnitt einer bevorzugt mehrteiligen Pressform zur weiteren Bearbeitung an einen anderen Platz gebracht werden, ohne dass es aus der Form genommen werden oder der gesamte Bearbeitungsvorgang an der Presse abgeschlossen werden muss.
-
Vorzugsweise können mit dem im Endabschnitt der Pressform befindlichen Holzelement weitere Arbeitsschritte getrennt von der übrigen Pressform durchgeführt werden, und es kann ein Leerkanal als Endabschnitt des Presskanals für den nächstfolgenden Pressvorgang an dem Presskanal, d. h. an der übrigen Pressform angebracht werden. Dadurch ist es möglich die Durchpressung weiterer Holzelemente unverzögert fortzusetzen, während das im Endabschnitt befindliche Holzelement an anderer Stelle weiterverarbeitet werden kann. Hierdurch kann die Produktivität weiter erhöht werden.
-
Vorzugsweise werden die Holzstücke entlang ihrer Längsachse durch den Presskanal gepresst, wobei die Holzfasern verschiedene Orientierungen relativ zur Pressrichtung haben können. Dadurch, dass keine Rücksicht auf die Orientierung der Holzfasern genommen werden muss, reduzieren sich die Stückkosten, da sich eine Auswahl an verwendbaren Holzelementen mit den entsprechenden geometrischen Abmessungen vergrößert, während beim Zuschneiden der Holzelemente die Faserrichtung nicht beachtet werden muss.
-
Die obige Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Verdichtung und Umformung, insbesondere Biegeumformung eines Holzelementes, die eine Pressform mit einem seine Richtung ändernden und seinen Querschnitt verringernden Presskanal sowie eine Druckvorrichtung zur Druckbeaufschlagung des Holzelementes in dem Presskanal besitzt.
-
Die Verdichtung und Biegeumformung in einem Presskanal erweist sich als besonders energieeffizient.
-
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn sich der Presskanal trichterförmig verjüngt. Denn dadurch wird das Holzelement gleichmäßig verdichtet, was zu einer gleichmäßigen Werkstoffbeschaffenheit führt.
-
Alternativ kann sich der Presskanal auch keilförmig verjüngen. Dies ist ein Vorteil, falls das Holzelement anschließend so verwendet wird, dass eine Verdichtung hauptsächlich in einer Querachse gefordert wird, während in der anderen Querrichtung die Holzfasern vergleichsweise weniger verdichtet sein sollen. Durch die Gestaltung der Querschnittsgeometrie des Presskanals entlang seiner Länge kann also unterschiedlichen querschnittsformabhängigen bzw. lokalen Anforderungen an die Verdichtung, bezogen auf den Querschnitt des Holzelementes, Rechnung getragen werden. D. h. die Verdichtung des Holzelementes über seinen Querschnitt kann unterschiedlich sein.
-
Vorzugsweise ist die Pressform mehrteilig und vorzugsweise weist jedes Pressformteil einen Abschnitt des Presskanals mit gegenüber den Abschnitten anderer Pressformteile veränderten Querschnitt und/oder Querschnittsgeometrie und/oder veränderter Richtung des Presskanals auf. Die Abschnitte ermöglichen einen modularen Aufbau der Pressform, der eine einfache Reparatur durch Austausch einer fehlerhaften Komponente ermöglicht und deshalb besonders kostengünstig ist. Durch ebene Übergänge zwischen den Pressformteilen wird die Einpresskraft reduziert, und es werden somit Energiekosten verringert.
-
Vorzugsweise verringert sich in einem weiteren stromabseitigen Abschnitt der Pressform eine erste Querschnittsgeometrie des Presskanals auf eine zweite Querschnittsgeometrie und eine Mittelachse des Presskanals weist eine in Richtung des Presskanals zu einer Austrittsöffnung des Presskanals hin erstreckte Krümmung auf. Durch dieses Vorrichtungsmerkmal wird das Holzelement zu einer gleichzeitigen Verdichtung und Biegeumformung gezwungen, wodurch die Materialeigenschaften beträchtlich verbessert werden, so dass auch verhältnismäßig geringwertiges Holz für höherwertige Anforderungen geschaffen und verwendet werden kann.
-
Vorzugsweise krümmt sich der Presskanal um wenigstens eine Hauptachse. Durch die Krümmung des Presskanals wird die Biegeumformung des Holzelements vorgegeben. Die Biegeumformung wird somit stets beibehalten und es ergibt sich eine sehr hohe Reproduzierbarkeit. Der Presskanal kann jedoch auch mehrachsig gekrümmt sein.
-
Es ist vorteilhaft, wenn eine die Druckbeaufschlagung des Holzelementes bewirkende Druckvorrichtung und ein erster Abschnitt des Presskanals der Pressform so gestaltet sind, dass die Druckvorrichtung bis zum Ende des ersten Abschnitts in den Presskanal eindringt. Dies ermöglicht eine Einpressung der Holzelemente in die Pressform und, da die Hubbewegung der Druckvorrichtung, vorzugsweise in der Art eines Pressstempels, nur bis zu einem Teil des Presskanals durchgeführt wird, reduziert sich der benötigte Bauraum.
-
Vorzugsweise besteht die Pressform jeweils aus mindestens vier Elementen (Teilen). Wenn ein Schaden an einem Teil des Presskanals auftritt kann kostengünstig nur das jeweilige Element der Pressform ausgetauscht werden. Zudem können die Elemente relativ zueinander beweglich montiert sein, so dass die Kanalgeometrie des Presskanals verändert werden kann. Dies erhöht die Flexibilität der Pressform, so dass verschiedene Endprodukte erzeugt werden können.
-
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Elemente (Teile) der Pressform rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise kann bevorzugt ein rechteckiger Querschnitt des Presskanals erreicht werden, so dass in ihrer Ausgangsform rechteckige Holzelemente verwendbar sind. Diese sind besonders kostengünstig als Rohteil herzustellen.
-
Zudem ist es vorteilhaft, wenn äußere Platten (Teile) der Pressform so angeordnet sind, dass sie die Pressform zusammenhalten. Dadurch wird ein formgenauer Zusammenhalt der einzelnen Elemente (Teile) der Pressform gewährleistet und somit die Gefahr von Formabweichungen der verdichteten und gebogenen Holzelemente reduziert.
-
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn ein Endabschnitt der Pressform relativ zum ersten und/oder weiteren stromabseitigen Abschnitten der Pressform bewegbar ist. Eine Weiterbehandlung des Holzelements an einem anderen Ort ist somit möglich, ohne es aus der Form nehmen zu müssen. Dadurch bleibt das Holzelement partiell eingespannt, so dass die Qualität der hergestellten Holzelemente erhöht wird.
-
Vorzugsweise kann die Pressform Heizelemente aufweisen. Eine thermische Behandlung erhöht die Qualität der Holzelemente und eine Anordnung von Heizelementen in der Pressform integriert diesen Schritt in die Pressvorrichtung. Dadurch lassen sich Herstellungszeit und Kosten einsparen.
-
Vorzugsweise wird die Pressform mit einer zweiten Druckvorrichtung versehen, die verfahrenstechnisch gegenüberliegend, d. h. in Zuordnung zu einem Endabschnitt des Presskanals der Pressform der ersten Druckvorrichtung angeordnet ist. Die zweite Druckvorrichtung erhöht den Grad der Verdichtung des Holzelementes, so dass das Holzelement dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechend verdichtet und geformt werden kann.
-
Überdies kann die Krümmung des fertig geformten Werkstücks nicht konstant (variabel) sein, wobei eine solche Ausführungsform eine Entnahme des Holzelementes aus der Pressform quer zur Längsachse des Presskanals erfordert. Es lassen sich damit verschieden gekrümmte Holzelemente erzeugen, so dass für jeden Anwendungsfall eine passende Geometrie der Holzelemente gewählt werden kann.
-
Zudem kann der Presskanal in dem weiteren stromabseitigen und dem Endabschnitt eine beliebige kontinuierliche Geometrie besitzen. Es lassen sich damit verschiedenartigste Geometrien der Holzelemente erzeugen und das Einsatzspektrum der Holzelemente wird erhöht.
-
Die Erfindung aktiviert unter Ausnutzung aller physikalisch möglichen Festigkeits- und Steifigkeitssteigerungen die Umformreserven des Holzes. Aus diesem Grund können auch einheimische Holzarten effektiv angewendet werden, z. B. Pappel und Fichte.
-
Das Verfahren ermöglicht eine geometrisch bestimmte Formgebung für Massivholz, die sowohl eben, als auch im Rahmen dieser Umformung, gekrümmt (gebogen) gestaltet werden können.
-
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in der gesteuerten, vorzugsweise dreiachsigen Verdichtung und der gleichzeitigen Umformung, vorzugsweise Biegung des Massivholzes (Holzelementes).
-
Zusammenfassend bietet das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung folgende Vorteile:
- – Richtung und Charakter der Deformation von Holzelementen aus Massivholz können insbesondere unter dreiachsiger Verformung und Verdichtung sowie weiterer Umformung (insbesondere Biegung) von Holzelementen reguliert werden. Dadurch lässt sich die Verdichtungsrichtung und der Verdichtungsgrad des Holzes sowie seine Formgebung steuern. Die Verformung des Holzes kann relativ zu seiner Struktur und Faserrichtung orientiert werden.
- – Das Ausgangsmaterial (Holzelement) kann einen vorzugsweise rechteckigen (rechtwinklig gesägten) Querschnitt aufweisen. Dies hat herstellungstechnische und damit Kostenvorteile.
- – Die Pressform, in der der vorzugsweise dreiachsig querschnittsverringerte Presskanal mit vorzugsweise zumindest einachsiger Richtungsänderung (Versatz zwischen Eintritts- und Austrittsöffnung) ausgebildet ist, kann in vorteilhafter Weise mehrteilig sein, mit günstiger Austauschbarkeit von Verschleißabschnitten oder Trennbarkeit zur Entnahme des verformten Holzelementes mit einem Endabschnitt zur weiteren Verarbeitung und Neukomplettierung der Pressform mit dem Vorteil reduzierter Formbelegungszeiten,
- – In Verbindung mit der Pressformung/Verdichtung und Umform-Formgebung (insbesondere Biegen) der Holzelemente, die unterschiedliche Faserorientierung zur Pressrichtung aufweisen können, kann eine thermische und/oder Feuchte- und/oder chemische Behandlung des Holzelementes, vorzugsweise durch pressformintegrale Zuführungs/Behandlungseinrichtungen (z. B. mittels eingesetzter Heizpatronen zur Pressform- und/oder direkter Heizelementerwärmung) aufweisen.
-
Die Pressform besteht vorzugsweise aus drei Abschnitten mit einer beweglichen Druckvorrichtung und einem kontinuierlichen Presskanal, der seinen Querschnitt in den Abschnitten ändert. Die Druckvorrichtung kann mit einer Belastungsvorrichtung mit konstanter oder variabler Geschwindigkeit kraft- und vorschubgesteuert werden. Auf Grund der Druckvorrichtungswirkung auf das Holzelement wird dieses durch den Presskanal der Abschnitte gepresst. Durch eine gezielte Änderung des Querschnitts des Presskanals kommt es zu einem vorzugsweise dreiachsigen, gesteuerten Verdichten und Umformen des Holzelements.
-
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
-
1 eine schematische Schnittansicht einer Pressform gemäß Schnitt A-A in 2,
-
2 einen Schnitt B-B nach 1,
-
3 einen Schnitt C-C nach 1.
-
In 1 ist eine Schnittansicht einer Pressform 1 dargestellt. Eine Pressform 1 besteht aus drei Abschnitten A, B, C, die abfolgend angeordnet sind, jeweils wiederum aus mehren Formteilen bestehen, und einen gemeinsamen kontinuierlichen Presskanal 6 bilden. Der Presskanal 6 hat einen stufenlosen und gleichmäßigen Übergang zwischen den Abschnitten A, B, und C und eine Eintrittsöffnung 6a sowie eine Austrittsöffnung 6b. Angepasst an den rechteckigen Ausgangsquerschnitt eines unbearbeiteten Holzelementes 7 besitzt der Querschnitt des Presskanals 6 im ersten Abschnitt A einen mit geringem Spiel korrespondierenden rechteckigen Querschnitt zur Aufnahme des Holzelementes 7 und eines Pressstempels 5 als Druckvorrichtung. Der zweite Abschnitt B (anschließender stromabseitiger Abschnitt) besitzt eingangs den gleichen Querschnitt wie der erste Abschnitt A und auch die Richtung einer Mittelachse ist identisch, so dass sich ein stufenloser Übergang zwischen den Abschnitten A und B ergibt. Im weiteren Verlauf des zweiten Abschnitts B beginnt sich der Querschnitt des Presskanals 6 vorzugsweise in beiden Hauptabmessungen zu verringern, und es findet ebenfalls eine Richtungsänderung des Presskanals 6 statt. Im Übergang vom zweiten Abschnitt B zum letzten Abschnitt C (Endabschnitt) der Pressform 1 setzt sich der Presskanal 6 kontinuierlich fort. Im letzten Abschnitt C des Presskanals 6 bleibt der Querschnitt sowohl in seinen Hauptabmessungen als auch in seiner Krümmung hier konstant. Der Krümmungsradius des Presskanals 6 (zur Biegung des Holzelementes 7) kann jedoch auch variabel sein.
-
Ein Pressstempel 5 ist vor dem ersten Abschnitt A positioniert und in einer solchen Weise verlagerbar, dass er in den Presskanal 6 eintauchen und Holzelemente 7 einpressen kann. Der Pressstempel 5 kann vorzugsweise bis zum Ende des ersten Abschnitts A in die Pressform 1 eintauchen, so dass sich dort der untere Totpunkt des Stempelkanals befindet. Ein zweiter Pressstempel 8 kann als Gegendruckvorrichtung am Ende des Presskanals 6 in Zuordnung zur Austrittsöffnung 6b vorgesehen sein.
-
Jeder der drei Abschnitte A, B, C besteht hier aus jeweils vier Elementen oder Formteilen 1a, 1b, 1c, 1d; 2a, 2b, 2c, 2d; 3a, 3b, 3c, 3d. Diese sind so angeordnet, dass sich ein rechteckiger Querschnitt des Presskanals 6 ergibt und jedes der vier Elemente 1a–1d; 2a–2d; 3a–3d begrenzt eine Seite dieses Rechtecks. Diese Anordnung wird von zwei Außenplatten 4a, 4b umschlossen, die die einzelnen Formteile 1a–1d; 2a–2d; 3a–3d zusammendrücken und durch hier nicht gezeigte Spannmittel zusammenhalten. Es ist aber auch möglich, die Pressformabschnitte A, B, C, zumindest einen Teil derselben, einteilig auszubilden.
-
Vorzugsweise ist der letzte Abschnitt C mit dem zweiten Abschnitt B nicht fest verbunden, sondern gegenüber der übrigen Pressform 1, verlagerbar. Somit ist es möglich, je nach Anwendungsfall, entweder den letzten Abschnitt C mit nur noch in diesem gehaltenen gebogenem Holzelement 7, nicht abzunehmen und die Holzelemente 7 abfolgend herauszupressen, oder den letzten Abschnitt C zur weiteren Behandlung des jeweiligen Holzelementes 7 zur Weiterverarbeitung desselben abzutransportieren oder zu verfahren und dabei den abtransportierten letzten Abschnitt C durch einen weiteren, hier nicht dargestellten leeren Abschnitt C zu ersetzen.
-
Vorzugsweise sind in der Pressform 1 hier nicht dargestellte Heizelemente (z. B. Holzpatronen) zur Erwärmung des/der Holzelemente(s) 7 aufgenommen.
-
Zu einer kompletten Verdichtungs- und Umformungsanlage gehört neben der Pressform 1, mit der Druckvorrichtung 5 (und ggf. 8) und einer Presskraftzuführung ebenso eine Zuführvorrichtung für die Holzelemente 7 sowie einer Abführvorrichtung für das verdichtete und umgeformte Holzelement 7, welches aus der Austrittsöffnung 6b herausgepresst wird, bzw. zur Bewegung des letzten Formabschnitts C mit in diesem gehalterten, gebogenem und verdichtetem Holzelement 7. Zum Zuführen und Entnehmen der Holzelemente 7 können an der Pressform 1 unterschiedliche Hilfsmittel vorgesehen werden.
-
Das Verdichtungs- und Umformverfahren wird nachstehend erläutert. 1 zeigt, wie ein Holzelement 7 in eine Pressform 1 eingepresst wird. Ferner stellen 2 und 3 weitere Ansichten dar.
-
Zunächst wird ein Holzelement 7 in eine Eintrittsöffnung 6a der Pressform 1 eingeführt, so dass es sich in dem ersten Abschnitt A mit dem zugehörigen Presskanal 6 befindet. Dieser besitzt eine geringfügig größere Abmessung (Querschnitt) als das Holzelement 7, so dass das Holzelement 7 beim Einführen in den Presskanal 6 noch keine Formänderung erfährt, aber Wandreibung zwischen Holzelement 7 und den Formteilen 1a–1d des Abschnittes A existiert.
-
Anschließend wird ein Pressstempel 5 auf das Holzelement 7 an der Eintrittsöffnung 6a zugestellt. Darauffolgend dringt unter Presskraftbeaufschlagung der Pressstempel 5 in den Presskanal 6 bis zu einem unteren Totpunkt ein, so dass das Holzelement 7 unter Verdichtung und Biegeumformung im Abschnitt B der Pressform 1 durch den Presskanal 6 eingepresst wird, bis es sich nicht mehr im ersten Abschnitt A befindet.
-
Der Pressstempel 5 fährt anschließend zurück bis zu einem oberen Totpunkt und ein neues Holzelement 7 wird eingelegt, so dass es auf dem vorauslaufenden, ersten Holzelement 7 stirnseitig aufsitzt und wird in der gleichen Weise nachgeschoben. Beim Einpressen eines neuen Holzelementes 7 wird das vorherige Holzelement 7 durch dieses in dem zweiten Abschnitt B weitergeschoben. Der zweite Abschnitt B besitzt einen sich verringernden Querschnitt und ist gekrümmt. Durch das stetige Einpressen von weiteren Holzelementen in den ersten Abschnitt A, werden die bereits im Presskanal 6 befindlichen Holzelemente 7 weitergepresst und es entsteht ein kontinuierlicher Durchsatz durch den Presskanal 6, der die Eintrittsöffnung 6a und die Austrittsöffnung 6b miteinander verbindet und ebene Übergänge zwischen den einzelnen Abschnitten A, B, C aufweist.
-
Beim Durchpressen des Holzelementes 7 im Presskanal 6 findet zunächst eine Verdichtung in Achsrichtung statt. Der Pressstempel 5 wirkt axial und die Gegenkraft resultiert aus dem Widerstand beim Übergang des Holzelements 7 in den gekrümmten und sich verjüngenden zweiten Abschnitt B sowie aus der Wandreibung des Holzelementes 7 mit der Wand des Presskanals 6 im ersten Abschnitt A.
-
Nach dieser axialen Belastung wird das Holzelement 7 durch die Änderung des Querschnitts des Presskanals 6 und des Biegeradius des Presskanals 6 im zweiten Abschnitt B einem gesteuerten, dreiachsigen Verdichten ausgesetzt sowie biegeumgeformt.
-
Nachdem das Holzelement 7 im zweiten Abschnitt B dreiachsig (axial wie in der Querschnittsebene) verdichtet und umgeformt wurde, wird es in den letzten Abschnitt C weitergepresst. Der letzte Abschnitt C dient der Formfixierung des Holzelements 7. Aus diesem Grund besitzt der Presskanal 6 im letzten Abschnitt C der Pressform 1 den Ausgangsquerschnitt des verdichteten Holzelementes 7 und auch dessen Krümmung, nachdem es den zweiten Abschnitt B passiert und die gewünschte Form erhalten hat.
-
Zur Verstärkung eines Verdichtungs- oder Pressdruckes und zur Erzeugung eines axialen Gegendruckes auf das Holzelement 7 kann eine zweite Druckvorrichtung 8 (Pressstempel oder Gegenhalter) an der Austrittsöffnung 6b des Presskanals 6 angebracht sein. Dieser wirkt gegen die Durchpress-Bewegung der Holzelemente 7 durch die Pressform 1 und erzeugt somit eine höhere Kompression und Querschnittsverdichtung.
-
Nachdem sich ein Holzelement 7 ausschließlich im letzten Abschnitt C der Pressform 1 befindet, bestehen alternative Verfahrensschritte:
In einer ersten Ausführungsform wird das Holzelement 7 durch die folgenden Holzelemente 7 aus dem Presskanal 6 mittels Pressstempel 5 herausgepresst. Für diese Ausführungsform ist ein konstanter Krümmungsradius im letzten Abschnitt C der Pressform 1 vorteilhaft.
-
In einer zweiten Ausführungsform wird der letzte Abschnitt C der Pressform 1 durch einen anderen, leeren Abschnitt C (ohne Holzelement 7) ersetzt. Der Pressvorgang wird fortgesetzt und es wird das folgende Holzelement in den neuen letzten Abschnitt C, also in einen wieder leeren Presskanal 6 geschoben. Insbesondere bei variablem Krümmungsradius des Presskanals 6 im letzten Abschnitt C, wird das Holzelement 7 bevorzugt quer zur Vorschubrichtung unter seitlicher Öffnung (Formtrennung in der Zeichenebene) entnommen.
-
Der mit Holzelementen 7 befüllte Presskanal 6 wird vorzugsweise in beiden Fällen erwärmt. Dadurch wird die Fixierung der Verdichtung erleichtert und eine verbesserte Beibehaltung hoher Formstabilität realisiert.
-
Die Wärmebehandlung kann im letzten Abschnitt C der Pressform 1 (beim zweiten Ausführungsbeispiel auch abseits der Pressform 1) durch Temperaturerhöhung im letzten Abschnitt C auf 150°C bis 160°C durchgeführt werden. Die Holztrocknung wird bis zu einer bestimmten Feuchte weitergeführt, so dass das Material schwindet und es aus der Pressform 1 leicht entfernt bzw. herausgezogen werden kann.
-
Vorzugsweise werden die Holzelemente 7 durch hier nicht gezeigte Zuführmittel zu, sowie mit Hilfe einer ebenfalls nicht dargestellten Abführvorrichtung für den letzten Abschnitt C der Pressform 1 oder für die verdichteten und umgeformten Holzelemente 7 abgeführt.
-
Nach Bedarf kann das Holzelement 7 in der Pressvorrichtung mit einer Imprägnierung versehen werden. Überdies besteht die Möglichkeit das Holzelement 7 während des Pressvorgangs auch chemisch zu behandeln oder zu befeuchten.
-
Die Verdichtung und Formänderung der Holzelemente 7 findet hier werkzeugtechnisch in der Art eines Vorwärts-Vollfließpressens statt, wie es aus der metallverarbeitenden Umformtechnik dem Fachmann bekannt ist (natürlich ohne Fließen des Materiales). Die Holzelemente 7 sind selbstverständlich nicht auf Rechteckquerschnitte beschränkt, sondern können auch rund oder quadratisch sein.
-
Durch die Erfindung ist mit hoher Produktivität eine Verdichtung und Formgebung von Holzelementen 7, insbesondere Stangenholz, mit entsprechenden Fertigkeitssteigerungen möglich, so dass auch qualitativ geringwertiges Holz für höherwertige Aufgaben eingesetzt werden kann. Zudem ist diese Veredelung mit geringem Energieeinsatz verbunden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 636413 [0008]
- DE 10124912 [0009]
