DE19940002A1

DE19940002A1 - Anlage und Methode zur beschleunigten Trocknung schlechter Wärmeleiter

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Publication number: DE19940002A1
Application number: DE1999140002
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2001-03-08

Abstract

An Luft trocknet frisches feuchtes Holz über fünf Jahre. Dabei verzieht es sich und neigt zur Rißbildung. Das schränkt die Anwendung als Konstruktionswerkstoff ein. Man sucht diese Zeit mit zahlreichen herkömmlichen Trocknungs-Methoden zu verkürzen. Das dauert dann immer noch ein bis drei Wochen. DOLLAR A Bislang geschah diese Trocknung mit Kontaktwärme. Die bekannt gute Wärmedämmung des Holzes bewirkt daher immer noch zu lange Trocknungszeiten, es sei denn, man bedient sich einer Wärmestrahlung, die schneller bis in Innere vordringt und in etwa gleichmäßig gut absorbiert wird. Zur Erwärmung von Speisen haben sich Mikrowellengeräte bewährt. DOLLAR A Die Raum-Zeit-Ausbeute der Trocknung wird so erheblich verkürzt, bis etwa eine halbe Stunde pro Brett. Bei frisch eingeschlagenem Holz führt das auch zu einer umweltfreundlichen Konservierung, da außerdem Vitalstoffe möglicher Schädlinge dabei denaturiert werden können. So kann effektiv trockenes, dimensionsstabiles, konserviertes und ggf. auch gehobeltes Qualitäts-Bauholz hergestellt werden.

Description

Das technische Gebiet, auf welches sich diese Anmeldung bezieht, ist in erster Linie die Trocknung, die Anwendung der Mikrowellentechnik zur beschleunigten Trocknung bevorzugt bei relativ schlechten Wärmeleitern, aber auch die beschleu nigte Trocknung und Haltbarmachung von Holz, insbesondere Bauholz, ohne chemische Schädlingsbekämpfungsmittel.

Stand der Technik

Zu den relativ schlechten Wärmeleitern gehört auch Holz. Frisch geschlagen ent hält es als Biomaterial rund sechzig Gewichtsprozent Wasser. Die Gleichgewichts feuchtigkeit von Holz in Raumluft liegt bei rund fünfzehn Prozent. Es erfolgt so ei ne natürliche Trocknung, die allerdings bei Stämmen über fünf Jahre andauern kann. Es gibt unterschiedliche Methoden, diese Zeit aus wirtschaftlichen Gründen zu verkürzen. So z. B. der Einschlag von Winterholz, Freiluft-Polter, Warmluft- Trocknung auch mit Kondensatabscheidung und seit 1994 die Vakuum-Trocknung auch mit konventioneller Beheizung. Das dauert dann immer noch ein bis drei Wo chen und führt zu trockenem Bau- oder auch Qualitäts-Holz nach DIN 4074-1 /1 + 2/.

Holz zeigt, durch seinen biologischen Aufbau bedingt, eine ausgeprägte Anisotro pie seiner physikalischen Eigenschaften. Das gilt auch für den Schwund beim Trocknen bzw. der Quellung beim Naßwerden. Die Folge ist, daß das Holz je nach Feuchtigkeit, teilweise auch umkehrbar, eine etwas andere Form annimmt, es ver zieht sich und neigt zur Rißbildung /3/ oder man sagt auch: "Holz schafft". Das schränkt die Anwendung von Naßholz als Konstruktionswerkstoff in all jenen Fällen ein, in welchen es auf die Dimensionsstabilität ankommt, es sei denn, man verwendet trockenes Holz.

Das Wasser ist im Holz teils physikalisch teils chemisch gebunden, so daß nur der geringste Anteil als Tropfwasser mechanisch entfernt werden kann. Es muß also Energie zugeführt werden. Bislang geschah dies im Kontakt mit Heißluft, anderen Heißgasen oder Heizelementen. Nun hat jedoch das Holz eine bekannt gute Wär medämmung, die sich auch beim Bau von Blockhäusern zeigt. Daher die immer noch relativ langen technischen Trocknungszeiten, es sei denn, man bedient sich einer Wärmestrahlung, die relativ schnell bis ins Innere vordringt und außen wie innen relativ gut absorbiert wird. Wie allgemein bekannt, hat sich in zahlreichen Küchen zur Erwärmung von Speisen, die ja auch Biomaterialien mit hohem Wasseranteil sind, hierzu die Mikrowellenstrahlung bewährt. Auch lebende Wesen wie z. B. Schädlinge werden damit genauso gegart und dabei abgetötet.

Literatur

1. /1/ Holz-Zentralblatt 1998 Nr. 40 Seite 613 bis 620.
2. /2/ mikado, Holzbau und Technik 1999 Nr. 7-8 Seite 50 bis 52.
3. /3/ P. Frech in: "Beurteilungskriterien für Rißbildungen bei Bauholz im konstruktiven Holzbau"; gekürzte Fassung des Abschlußberichtes für die Entwicklungsgemeinschaft Holzbau (EHB), München 1986.

Der Nutzen dieser Erfindung liegt darin, die Trocknung relativ schlechter Wär meleiter, wie z. B. Holz, erheblich weiter zu beschleunigen, bis etwa eine halbe Stunde pro Brett. Bei frisch eingeschlagenem Holz ist mit dieser Erfindung auch automatisch eine umweltfreundliche Konservierung verbunden.

Der Anwendungsbereich dieser Erfindung ist bevorzugt überall da, wo es auf eine beschleunigte Trocknung relativ schlecht wärmeleitender Materialien an kommt. So vor allem in kleineren und mittleren Sägewerken, die dimensionsstabi les, umweltfreundlich konserviertes und ggf. auch gehobeltes Bauholz verkaufen.

Der Vorteil dieser Erfindung liegt darin, daß die Raum-Zeit-Ausbeute bei der gewerblichen, technischen Trocknung relativ schlecht wärmeleitender Materialien, insbesondere von Holz, gegenüber den bisherigen Methoden erheblich gesteigert werden kann.

Ausführungsbeispiele

Feuchtes entrindetes bevorzugt frisch geschlagenes Fichtenstammholz wird zu Balken bzw. Brettern gesägt. Anschließend erfolgt die Trocknung mit der Mikro welle. Zum Einsatz kommt ein handelsübliches Küchengerät mit einer Mikrowel len-Ausgangs-Nennleistung P_MwN von z. B. achthundertfünfzig Watt. Zuerst werden vom Holz zwei rund zwei Zentimeter starke kurze Muster abgesägt, das erste, äußere, verworfen, das zweite, innere Muster 1, gewogen, m₁, und in das Gerät gelegt. Sodann wird bei hinreichend langer Mikrowellen-Bestrahlungszeit und maximaler Leistung P_MwN an einem gut gelüfteten Ort getrocknet. Der Endpunkt zeigt sich deutlich im Beginn der Zersetzung, unter anderem durch die drastische Änderung des Holz-Geruchs, verbunden mit der Entwicklung von weißem Qualm. Hier ist es angebracht, sofort die Mikrowelle abzuschalten und mit einer Stoppuhr die Zeitdauer t₁ zwischen einschalten und qualmen zu erfassen.

Ein zweites langes Muster 2 mit einer Länge l₂ von rund zwanzig Zentimetern wird genauso behandelt, jedoch mit dem wesentlichen Unterschied, daß die Zeit t₂ vorgegeben wird und noch z. B. rund fünfzehn Prozent Restfeuchte verbleiben sollen. Zur Berechnung von t₂ ist es nötig, die Masse m₂ vom langen Muster 2 durch die Masse m₁ vom kurzen Muster 1 zu teilen und mit der Zeit t₁ zu ver vielfachen. Dieser Wert ist noch um etwa fünfzehn bis zwanzig Prozent zu vermin dern. Das Ergebnis ist dann die Bestrahlungszeit t_b2 für das lange Muster 2.

Nachdem das Gerät automatisch mit Ablauf dieser Zeit t_b2 abgeschaltet hat, wird das heiße, dampfende Muster 2 mit einem Isolierhandschuh entnommen und an Luft erkalten gelassen. Dabei wird noch etwas weitere Feuchte abgegeben. Nun folgen die Qualitätskontrollen, z. B. mit einem handelsüblichen Feuchte-Meßgerät.

Ferner sind sensorische Prüfungen vorzunehmen und zwar mit Augen, Nase und Fingern. Es dürfen z. B. keine braunen Sengflecke erkennbar sein, kein Brandge ruch und das Muster 2 muß sich trocken anfühlen. Sodann ist das Innere des Musters zu untersuchen. Dazu wird es mittennah in etwa vier gleichgroße Teile zersägt oder auch gespalten und wie zuvor geprüft.

War die Trocknung unvollkommen, so ist die Zeit t_b2 entsprechend anzupassen, unter Umständen auch öfter. Sie sollte an einem weiteren Muster bestätigt wer den. Mit der richtigen und geprüften Bestrahlungszeit t_bg2 wird nun das eigent liche Trocknungsgut behandelt. Entweder in einem haushaltsüblichen Mikrowel lengerät oder auch mehreren, durch welches das Holz der Länge l₃ nach durch geführt wird und zwar mit einer Vorschubgeschwindigkeit berechnet aus der Länge l₂ geteilt durch die Zeit t_bg2 mal der Zahl der Mikrowellengeräte gleicher Leistung; oder auch in einem Großgerät, in welches das Holz ganz hineinpasst und dessen Mikrowellenleistung P_Mw3, berechnet aus Gesamtholzlänge l₃ geteilt durch die Länge l₂ mal der Mikrowellenleistung P_MwN, betragen sollte. Nach Ab lauf der Zeit t₃ ist hier das Holz auf die gewählte Restfeuchte getrocknet. Bei ge ringerer Leistung verlängert sich die Zeit t₃ entsprechend und umgekehrt.

Zur Qualitätskontrolle sollten auch Endstücke der gegenüberliegenden Stirnseite abgesägt und eines mit zwei frischen Schnittflächen wie zuvor gevierteilt und ge prüft werden. Ebenso kann der Trocknungsverlauf mit den bekannten Methoden genau verfogt werden, wie z. B. Wiegen, Abgasanalyse, Thermometrie usw.

Nach dem Trocknen sind Balken und Bretter etwas gewölbt, zumeist antiradial. Ein Durchlauf ggf. auch mehrfach durch ein Säge- oder Hobelwerk stellt die rechteckige Form mit ebenen und geraden Seitenflächen wieder her. Dieser Schwund um rund vier Millimeter Stärke bei zwanzig Zentimeter Breite ist beim ersten Zusägen bereits mit zu berücksichtigen.

Die konservierende Wirkung der Mikrowellen-Trocknung ist bei frisch geschlage nem Holz am besten. Bei einer üblichen Vortrocknung ist der Schädlingsbefall entsprechend umfangreicher. Manche Schädlinge verfärben dabei das Holz.

Diese Erfindung funktioniert auch bei anderen Holzarten, egal ob Nadel- oder Laub-Holz, mit oder ohne Rinde. Beispielsweise sollte bei Kiefernholz zusätzlich von außen mit Heißluft die Trocknung rindennaher Zonen unterstützt werden. Alternativ kann die Trocknungszeit erhöht und die Mikrowellen-Leistung entspre chend vermindert werden.

Claims

1. Hauptanspruch dieser Erfindung ist eine technische Anlage zur beschleunigten Trocknung von vorzugsweise schlechten Wärmeleitern, dadurch gekennzeichnet, daß die dafür erforderliche Energie ganz oder teilweise mit Mikrowellen-Strahlung zugeführt wird, beispielsweise mit 2,450 GHz.

2. Nebenanspruch ist eine Anlage nach Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung auch zu einer Konservierung, insbesondere bei Biomaterial, führen kann.

3. Nebenanspruch ist eine Anlage nach Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, daß die so erzeugten relativ hohen Temperaturen auch zu einer Konservierung, insbe sondere bei Biomaterial, führen können.

4. Nebenanspruch ist eine Anlage nach den Ansprüchen 1.)-3.), dadurch ge kennzeichnet, daß die Dosis-Leistung dabei bevorzugt bedarfsgerecht verabreicht werden kann.

5. Nebenanspruch ist eine Anlage nach den Ansprüchen 1.)-4.), dadurch ge kennzeichnet, daß die Mikrowellen-Energiezufuhr mit beliebigen anderen Trock nungstechniken beliebig kombiniert werden kann, wie beispielsweise Unterdruck, Wind, Warm- oder Trocken-Luft.

6. Unteranspruch ist eine Anlage nach den Ansprüchen 1.)-5.), dadurch gekenn zeichnet, daß insbesondere Biomaterialien, auch Holz und physikalisch hinrei chend ähnliche Materialien, einschließlich Folgeprodukte, beschleunigt getrocknet werden können.

7. Unteranspruch ist eine Anlage nach Anspruch 6.), dadurch gekennzeichnet, daß Bäume als ganzes oder in beliebigen Teilen, einzeln oder beliebig viele gemein sam, ganz oder teilweise getrocknet werden können.

8. Unteranspruch ist eine Anlage nach Anspruch 7.), dadurch gekennzeichnet, daß bevorzugt gleichmäßig zugesägtes Holz, beispielsweise in Form von Balken oder Brettern mit über die gesamte Länge hinreichend konstanter Breite, Höhe und Feuchte, getrocknet werden kann.

9. Unteranspruch ist eine Anlage nach Anspruch 8.), dadurch gekennzeichnet, daß Nadel-Holz, wie beispielsweise Fichte, Tanne oder Kiefer, getrocknet werden kann.

10. Unteranspruch ist eine Anlage nach den Ansprüchen 7.)-9.), dadurch ge kennzeichnet, daß zugesägtes Holz, beispielsweise in Form von Balken oder Brettern, zu Qualitäts-Bauholz nach DIN 4074-1 getrocknet werden kann.

11. Unteranspruch ist eine Anlage nach den Ansprüchen 7.)-10.), dadurch ge kennzeichnet, daß zum Trocknungsschwundausgleich entsprechend größer zuge sägtes Holz, beispielsweise in Form von Balken oder Brettern, getrocknet werden kann.

12. Unteranspruch ist eine Anlage nach den Ansprüchen 1.)-11.), dadurch ge kennzeichnet, daß die Konservierung vorzugsweise von Holz durch Trocknung unter fünfunddreißig Prozent Wasser-Massenanteil erfolgt.

13. Unteranspruch ist eine Anlage nach den Ansprüchen 1.)-11.), dadurch ge kennzeichnet, daß die Konservierung vorzugsweise von Holz durch Erhitzen auf über 350 K erfolgt und hinreichend lange andauert, z. B. 0,5 bis 2 Stunden.

14. Unteranspruch ist eine Anlage nach den Ansprüchen 1.)-13.), dadurch ge kennzeichnet, daß die Trocknung und die Konservierung bevorzugt in einem Ar beitsgang erfolgen können.

15. Unteranspruch ist eine Anlage nach den Ansprüchen 1.)-14.), dadurch ge kennzeichnet, daß die Temperatur für die Trocknung und die Konservierung vor zugsweise im Bereich von 350 K bis 400 K liegt.

16. Unteranspruch ist eine Methode nach Anspruch 8.) auch in Kombination mit den Ansprüchen 9.)-12.), dadurch gekennzeichnet, daß das so getrocknete Holz bevorzugt ein Säge- oder Hobel-Werk durchläuft, bei Bedarf auch mehrfach, um endlich verkäufliches, beispielsweise rechteckiges, trockenes, dimensionsstabi les, konserviertes und qualitativ hochwertiges Bauholz zu sein.