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Verfahren zur Herstellung von Furnieren Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zur Herstellung von Furnieren mit künstlichen Maserungen, bestehend
aus dem Aufeinanderstapeln von klebstoffbeschichteten Furnierblättern zu einem Block,
Aushärten des Klebstoffes in der Hitze unter Druck, Erweichen der Furnierblätter
durch nasse Wärmeeinwirkung und Aufmessern des Blockes quer zu den Klebstoffschichten.
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Zur wirtschaftlichen und praktischen Durchführung dieses Verfahrens
sind verschiedene Aufgaben zu lösen, von denen einige unvereinbar erscheinen. Um
den Abfall zu vermeiden, werden die zusammengeleimten Holzblöcke in Querrichtung
zu den Klebelinien mit Hilfe einer Furniermessermaschine aufgemessert, da bei dieser
Arbeitsweise der Abfall im Vergleich zur Verwendung einer Furniersäge geringer ist.
Um ein Furniermesser verwenden zu können, müssen die Holzfasern durch Temperaturerhöhung
des Blockes erweicht werden. Damit die Bindewirkung des Klebstoffes nicht beeinträchtigt
wird, muß andererseits der Feuchtigkeitsgehalt der Furnierblätter in dem Stapel
gering sein. Trocknes Holz ist aber ein ausgezeichneter Wärmedämmer.. Es hat außerdem
wenig Neigung, in trocknem Zustand Feuchtigkeit aufzunehmen. Hierdurch entstehen
Schwierigkeiten bei der Erwärmung des Stapels auf eine Temperatur, bei der die Furniere
mit dem Furniermesser abgemessert werden können.
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Die Erwärmung ist erforderlich, um die Holzfasern zu erweichen und
die Reißwirkung zu vermindern, die beim Abspalten des Furnierblattes von dem Block
auftritt. Bei höherer Temperatur sind die Holzfasern weicher und biegsamer. Sie
sind dadurch den Beanspruchungen widerstandsfähiger, die auftreten, wenn das Furnierblatt
um den stumpfen Winkel gebogen wird, den das Messer und der Druckbalken einer Furniermessermaschine
miteinander bilden. Wenn der zusammengeleimte Block bei dem Aufmessern nicht ausreichend
erwärmt worden ist, zeigt das erzeugte Furnier eine rauhe, splittrige Oberfläche
mit kleinen Rissen und manchmal auch Wellenbildungen. Das Furnierblatt hat dann
nur noch mindere Qualität und ist für Furnierarbeiten ungeeignet, bei denen eine
hohe Oberflächenqualität erforderlich ist.
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Oberflächenfurniere werden im allgemeinen aus Harthölzern geschnitten,
die in grünem Zustand 45 bis 107 Gewichtsprozent Feuchtigkeit enthalten.
Holz ist ein Zellenmaterial mit schwammähnlichem Aufbau. Die Löcher in dem Schwamm
entsprechen den Poren oder Zellen im Holz, während die Schwanunsubstanz der Faser
oder den Zellwänden des Holzes gleichgesetzt werden kann. In allen Holzarten ist
mehr oder weniger Wasser vorhanden. Beispielsweise kann ein Block aus grünem Hartholz,
der insgesamt 10 kg wiegt, 5 kg Wasser und 5 kg Holzfaser enthalten.
Dieser Block enthält dann 100 0/0 Feuchtigkeit, da das Wassergewicht gleich
dem Gewicht der Fasern ist. Die in diesem Beispiel genannten 5 kg Wasser
hegen in zwei Formen vor: Ein Teil als freies Wasser in den Holzzellen, ähnlich
wie Wasser in einem Schwamm, und ein anderer Teil als absorbierte Flüssigkeit in
den Zellwänden.
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Bevor Holz als Platte in einem Furnierblock Verwendung finden kann,
muß sein Feuchtigkeitsgehalt auf unter 15 "/" verringert werden, da sonst
die Klebwirkung des verwendeten Leimes beeinträchtigt wird. Ein derart geringer
Feuchtigkeitsgehalt stellt jedoch eine Schwierigkeit für die zum Aufmessern erforderliche
Wärme dar, da diese praktisch nur durch die in dem Holz enthaltene Feuchtigkeit
übertragen und fortgeleitet werden kann. Bekanntlich ist trocknes Holz ein ausgezeichneter
Wärmedämmer. Wenn es einmal getrocknet ist, setzt es einer erneuten Feuchtigkeitsaufnahme
einen erheblichen Widerstand entgegen. Die Funktion der in äem Holz enthaltenen
Feuchtijzkeit
ist daher zum Verständnis der Erfindung sehr wichtig.
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Da der aus einzelnen Holzschichten bestehende Block von der Verleimung
her im wesentlichen trocken ist, muß vor dem Erwärmen und Aufmessern wieder Feuchtigkeit
in die einzelnen Schichten eingeführt werden, da sonst die getrockneten Holzschichten
als Wärmesperre wirken würden.
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Es ist bereits bekannt, einen Block aus mehreren zusammengeleimten
Holzschichten vor dem Aufmessern zu dämpfen und dadurch die Holzfasern
zu
erweichen. Dieses Verfahren hat die Nachteile, daß der Klebstoff wegen
dieser Dämpfung kochfest sein muß und die Feuchtigkeit von der Außenseite her nur
bis zu einer gewissen Tiefe, gewöhnlich 3 bis 6 mm, in den
Holzblock eindringen kann. Daraus folgt, daß derartig zusammengeleinite Blöcke in
ihrem Inneren im wesentlichen trocken bleiben und wegen der guten Wärmedämmeigenschaften
des trockenen Holzes auch nur schwer erwärmt werden können. Eine Befeuchtung und
Erwärmung von der Außenseite her hat daher im Inneren einen unerwünschten rauhen
Messerschnitt zur Folge. Darüber hinaus ist die Dämpfung ein verhältnismäßig zeitraubender
Arbeitsgang.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens
zur Herstellung von Furnieren mit künstlichen Maserungen, das gegenüber den bekannten
Verfahren erheblich vereinfacht ist und bei dem im gesamten Block eine gleichmäßige
Feuchtigkeit herrscht, ohne daß ein besonderer Arbeitsgang für die Befeuchtung,
z. B. eine Dämpfung, erforderlich ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zum Zusammenkleben
der Furnierblätter ein Klebstoff mit einem solchen Gehalt an freiem Wasser verwendet
wird, daß es im Verlaufe der Aushärtung des Klebstoffes in die Furnierblätter eindringt
und ihr Erweichen verursacht.
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Wenn der Wassergehalt des Klebstoffes auf die Feuchtigkeit in den
Furnierblättern abgestimmt ist, können so trockene Furnierblätter benutzt werden,
daß die Abbindung des Klebstoffes nicht beeinträchtigt wird. Das in dem Klebstoff
enthaltene Wasser wird bei der Härtung freigegeben und dringt in die Furnierblätter
ein. Dadurch werden der Feuchtigkeitsgehalt der Furnierblätter und die Wärmeleitfähigkeit
des gesamten Blockes gesteigert, so daß numnehr die Temperatur des Blockes in einfacher
Weise so weit erhöht werden kann, wie es für ein einwandfreies Aufmessen des Blockes
erforderlich ist.
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Vorzugsweise wird der Wassergehalt des Klebstoffes der Feuchtigkeit
der Furnierblätter so angepaßt, daß der Feuchtigkeitsgehalt der Blätter während
der Aushärtung des Klebstoffes auf 10 bis 25 0/" vorzugsweise etwa
17,50/, gesteigert wird. Dabei haben die Furnierblätter vorzugsweise einen
Anfangsfeuchtigkeitsgehalt von nicht mehr als 8 bis 10 11/0.
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Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Erwärmung durch Hochfrequenzenergie
erfolgt. Hierdurch kann die Aufmesserungszeit vermindert und die Produktionskapazität
und Leistung gesteigert werden. Vorzugsweise wird der Block auf eine Temperatur
zwischen 70 und 99'C erwärmt.
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Die elektrische und thermische Leitfähigkeit des Holzes ist praktisch
eine unmittelbare Funktion seines gesamten Wassergehaltes. Eine Verminderung des
Feuchtigkeitsgehaltes bis auf einen Wert etwa unter 30 0/0 verringert schnell
die thermische Leitfähigkeit des Holzes. Beispielsweise hat die gelbe Birke eine
Wärmeleitfähigkeit von 2,92 - 10-4 cal-' - s-1 - 'C-1
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cm-' bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 3,510/(), während die Wärmeleitfähigkeit
bei 34,83 l)/, Feuchtigkeit 4,45 - 10-4 cal-' - s-'-
- 'C-1 - cm7-1 beträgt. Somit hat die gesteigerte Feuchtigkeit die
Wärmeleitfähigkeit um etwa 50 0/, erhöht. Es ist bemerkenswert, daß diese
Zunahme den Zusatz von 0,176 g Wasser/cm3 Holz erforderlich macht.
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Holz wird bei geringem Feuchtigkeitsgehalt allgemein als elektrischer
Isolator oder als Dielektrikum angesehen. Der elektrische Widerstand des Holzes
nimmt ganz besonders unterhalb von 30"/, Feuchtigkeit stark zu. Beispielsweise kann
der elektrische Widerstand bei einer Feuchtigkeitsverminderung von 25 auf
7 0/, um das 105fache ansteigen.
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Die Elektrizitätskonstante für Vakuum oder für trockene Luft ist gleich
1; die Dielektrizitätskonstante für Holz ist bei einem gegebenen Feuchtigkeitsgehalt
der Dichte proportional. Da der Aufbau und die chemische Zusammensetzung der Zellwände
aller Holzarten im wesentlichen gleich sind und da die Dielektrizitätskonstante
des Wassers etwa 8,1 im Vergleich zu 4,2 für ofentrockenes Holz beträgt,
nimmt offensichtlich die Dielektrizitätskonstante des Holzes mit zunehmender Feuchtigkeit
zu.
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Feuchtigkeit ist für die notwendige Wärmeübertragung innerhalb des
Blockes zwar erforderlich, übermäßige Feuchtigkeit ge#ährdetjedoch die Bindewirkung
des Klebstoffes. Deshalb muß eine sorgfältig errechnete Wassermenge in den aus Holzschichten
bestehenden Block eingeführt werden, damit die thermische Leitfähigkeit des Holzes
erhöht wird. Die Feuchtigkeit kann jedoch normalerweise nicht tiefer als
3 bis 6 mm
von der Außenseite her in einen Holzblock eindringen.
Demzufolge bedient sich die Erfindung des in der Klebstofftnischung selbst enthaltenen
Wassers, um die notwendige Feuchtigkeit in den Holzblock hineinzubringen.
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Nach der Erfindung werden die Furnierblätter zu einem Block übereinandergestapelt,
wobei die einzelnen Furnierblätter durch einen Klebstoffverteiler hindurchgeführt
werden, der einen wasserhaltigen Klebstoff auf beide Seiten jedes Blattes aufbringt.
Vorzugsweise beträgt der Wassergehalt des Klebstoffes etwa 33 0/,. Das gleiche
Ergebnis kann auch erreicht werden, wenn der Klebstoff nur auf eine Seite jedes
Blattes aufgebracht wird. Auf den aus den Blättern bestehenden Stapel wird während
des Abbindens des wasserhaltigen Klebstoffes Wärme übertragen und Druck ausgeübt.
Es ist zu beachten, daß die Übertragung von Wärme und Druck auf die so gebildeten
Stapel von Furnierblättern gleichzeitig den Klebstoff abbindet und den Block so
vorbereitet, daß ein einwandfreies Aufmessen in einer Furniermessemaschine möglich
ist. Die zur Durchführung dieser Doppelfunktion erforderlichen Wärme kann auf beliebige
Weise übertragen werden, die im Blockinneren eine Temperatursteigerung auf den Wert
zuläßt, bei dem die Fasem des Holzes weich werden und ein einwandfreies Abmessen
möglich ist.
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Wenn die Erwärmung durch Hochfrequenzenergie erfolgt, beträgt diese
vorzugsweise zwischen 1,2 und 1,5 kWh - min-'-. M-3. Diese Daten gelten
für eine Stromleitung von 220 Volt und 60 Hz zum Hochfrequenzgenerator, da
verschiedene Anlagen mit unterschiedlichen Spannungen und Frequenzen arbeiten. Die
optimale Energiebelastung der erwähnten Zuleitung beträgt 1,35 kWh
- min7-1 - m73. Die Erwärmung kann auch so durchgeführt werden, daß
der aufgeschichtete
Block unter Druck in einen Behälter gebracht
und dieser dann einer Sattdampfatmosphäre oder heißem Wasser ausgesetzt wird.
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Das Eindringen der von außen zugeführten Wärme in den aus Schichten
bestehenden Block hängt von einer Mindestwassermenge ab, die gleichmäßig innerhalb
der Zellen und Fasern des Holzes verteilt sein muß. Vor der Verarbeitung zu dem
die Bestandteile des Blockes bildenden Schichten müssen die darin enthaltenen Furniere
bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 4 bis
8 Gewichtsprozent getrocknet
werden. Ohne die Zuführung zusätzlicher Feuchtigkeit würde die Temperatur im Inneren
des Blockes bei der Wärmeübertragung von außen nicht nennenswert ansteigen. Die
Zuführung der erforderlichen zusätzlichen Feuchtigkeit kann am besten durch Einstellung
des Wassergehaltes in Klebstoffmischung erfolgen, die zur Verbindung der Holzschichten
zu einem Block dient. Da jede Holzart eine eigene Dichte und ein eigenes spezifisches
Gewicht hat, ist der Wassergehalt in Kilogramm
je nach Art verschieden, auch
wenn der Feuchtigkeitsgehalt in Gewichtsprozent der gleiche ist.
| g/CM3 Gewichtszunahme 9/CM3 9/em" g/cm" g/em'
des zusätzlichen Wassers |
| Art Ofen- für je Minimum Maximum Optimum zu ofentrockenem
Holz |
| trocken 1 '/" Feuchtigkeit 100/' 250/, 17'/p, 0/0
zur Erreichung des Optimums |
| g/CM3 |
| Esche, weiß ............ 0,641 2,80-10-3 0,670 0,711
0,691 0,050 |
| Amerikanische Schwarz- |
| linde ................ 0,398 1,20-10-2 0,411 0,428 0,419
0,021 |
| Rotbuche .............. 0,670 2,60-10-3 0,697 0,736 0,717
0,047 |
| Birke, gelb ............. 0,660 2,28-10-1 0,684
0,719 0,701 0,041 |
| Grauer Walnußbaum .... 0,404 2,32-10-3 0,427
0,456 0,442 0,038 |
| Kirsche ................ 0 ' 534 2,92-10-3 0,564
0,607 0,585 0,051 |
| Felsenalme ............. 0,658 3,33 -10-- 0,691 0,741
0,716 0,058 |
| Hickorynuß ............ 0,694 3,40-10-8 0,727 0,780
0,754 0,060 |
| Zuckerahorn ........... 0,676 2,46-10-3 0,700 0,738
0,719 0,043 |
| Roteiche ............... 0,656 3,00-10-3 0,686 0,732 0,709
0,053 |
| Weißeiche .............. 0,710 2,68-10-3 0,735 0,776 0,755
0,045 |
| Walnuß ................ 0 562 3,73 -10-3 0,600 0,656 0,628
0,066 |
| Gelbe Pappel ........... 0:449 2,40-10-3 0,473
0,509 0,491 0,042 |
Die Tabelle zeigt, daß ein Block aus Furnierschichten, die aus dem Holz der amerikanischen
Schwarzlinde bestehen, nur 0,021 g/cm3 Wasser erfordert, um einen optimalen Feuchtigkeitsgehalt
zu erreichen. Demgegenüber erfordert ein Block aus Walnußfurnieren
0,066
g/cm3 Wasser, um denselben Gehalt von
17,50/, zu erreichen. Wenn soviel Wasser
eingeführt wird, versagen jedoch alle im Handel erhältlichen Klebstoffe. Die in
dem Block enthaltene Feuchtigkeit muß ausreichen, um die Fortleitung der von außen
zugeführten Wärme zu ermöglichen. Die Feuchtigkeit muß aber auch so gering sein,
daß eine feste Verbindung der Schichten durch den Klebstoff möglich ist.
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Bei der Durchführung der Erfindung werden die den Block bildenden
Furnierschichten sorgfältig gewogen. Das in ihnen enthaltene Wasser wird errechnet,
indem das ofentrockene Gewicht eines gleich großen und gleichartigen Furniervolumens
von dem durch Wiegung ermittelten Gewicht der verwendeten Furniere abgezogen wird.
Zur Berechnung der Wassermenge in dem Klebstoff wird das Gewicht des in den Furnieren
enthaltenen Wassers von dem Gewicht des in einem theoretischen gleichartigen Block
bei optimalen Beziehungen enthaltenen Wassers abgezogen. Die so ermittelte Gewichtsmenge
des Wassers bildet die Grundlage für die zu verwendende Klebstoffmischung. B e i
s
p i e
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Werkstoff: schwarze Walnuß Zusammensetzung: 435 Stück mit
den Abmessungen:
38,1 cm breit
- 259 cm lang
-
0,09 cm
dick, ergibt
0,39 in'
| Wirkliches Gewicht: 226 kg |
| Optimales Gewicht (s. Tabelle) |
| 0,629 g/cm3 - 3,9 - 105 - cm3 245 kg |
| abzüglich des tatsächlichen |
| Gewichtes 226 kg |
| Wasser in Mischung 19 kg |
| Oberfläche in Quadratmeter inner- |
| halb des Blockes |
| 435 - 38,1 cm - 259 cm |
| = 4,29 . 101. CM2 = 429 m2 |
| Günstigste Klebstoffbeschichtung: 0,254 kg/mz |
| Klebstoffbedarf für 429 in': |
| 0,254 - 429 = 109 kg |
| Mischung: 109 kg == 1,41 kg |
| 77,5 |
| 1,41 kg ist somit 1 Gewichtsteil des unten angege- |
| benen Ansatzes. |
| Zu mischen sind: |
| 70,2 kg flüssiges Harnstoffharz |
| 14,0 kg pulverförmiges Resocinolharz |
| 4,5 kg pulverförmiges Phenolharz |
| 6,4 kg Wallnußschalenmehl |
| 3,6 kg Äthylenglykol |
| 8,6 kg Wasser |
| 107,3 kg insgesamt |
Obwohl viele Arten wasserhaltiger Klebstoffe mit Erfolg verwendet werden können
(vorausgesetzt, daß
das Verhältnis zwischen Holz und Wasser beachtet
wird) ergibt folgender Ansatz sehr befriedigende Ergebnisse:
| 50 Gewichtsteile flüssiges Harnstoffharz |
| 10 Gewichtsteile pulverförmiges Resorci- |
| nolharz |
| 3 Gewichtsteile pulverförmiges Phenol- |
| harz |
| 41/2 Gewichtsteile Walnußschalenmehl |
| 21/2 Gewichtsteile Äthylenglykol |
| 71/, Gewichtsteile Wasser |
| Insgesamt 771/" Gewichtsteile |
Es ist zu beachten, daß sowohl das flüssige Harnstoffharz und das Äthylenglycol
eine gewisse Wassermenge enthalten, deren Gewicht bei der Bereitung der Mischung
für einen bestimmten Block als freies Wasser in Betracht gezogen wurde.
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Die genannte Klebstoffmischung ist für die erfindungsgemäße Anwendung
besonders geeignet, da sie in dem Furnierblatt, das aus dem aufgeschichteten Block
herausgeschnitten wird, eine fast unsichtbare Klebelinie bildet. Die Klebstoffverbindung
durch diese Mischung ist sehr wasserbeständig, zerkratzt nicht und stampft das Furniermesser
während des Abschneidens der Furnierblätter von dem Block nicht ab. Diese Mischung
füllt auch kleine Spalte und Absplitterungen in den Furnierschichten aus. Das ergibt
nach dem Abmessen ein besseres Furnierblatt.
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Die oben angegebene Mischung wird kräftig gerührt und durch einen
Klebstoffverteiler aufgebracht, der je
Quadratmeter 0,234 bis 0,268 kg
Klebstoffmischung liefert.
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, Nach dieser Verteilung werden die Furnierschichten mit einem
Druck von 7,0 bis 10,5 kg/cm? zusammengepreßt und dadurch alle Oberflächen
in innige Berührung gebracht. Von den verschiedenen Möglichkeiten zur Ausübung dieses
Druckes hängt die zur Anwendung kommende Vorrichtung weitgehend von dem Verfahren
der Wärmeübertragung von außen auf den Block ab. Bei Verwendung eines elektrischen
Hochfrequenzfeldes kann der Block bis zur Abbindung des Klebstoffes zwischen den
Elektroden zusammengepreßt werden. Bei Verwendung eines Behälters mit Sattdampf
oder heißem Wasser kann ein Stapel gebildet werden, wobei die Furnierschichten zwischen
bekannten Polierblechplatten eingespannt sind, wie es bei der Sperrholzherstellung
in Kaltpreßverfahren mit den Sperrholzstapeln geschieht.
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Unabhängig von dem verwendeten Verfahren der Wärme- und Druckübertragung
auf den Block muß die Erwärmung so lange aufrechterhalten werden, bis die Klebstoffmischung
wenigstens 5 cm von den Außenrändern des Blockes her nach innen abgebunden
ist und der gesamte Block eine Temperatur von 74 bis 90'C erreicht hat, so
daß er auf einer Furniermessermaschine einwandfrei geschnitten werden kann. Die
Maserung verläuft in allen Holzschichten des Blockes im wesentlichen in der gleichen
Richtung.