DE2028377A1

DE2028377A1 - Verfahren zum Plastizieren von Holz

Info

Publication number: DE2028377A1
Application number: DE19702028377
Authority: DE
Inventors: Jouko Porvoo Huttunen (Finnland)
Original assignee: Neste Oy, Helsinki
Priority date: 1969-06-10
Filing date: 1970-06-09
Publication date: 1970-12-17
Also published as: FI43008B; SE367944B; US3788929A; DE2028377C3; DE2028377B2; DK125374B; JPS4838122B1; GB1261686A; AT297305B; NO123504B; FR2050132A5; BR7019582D0; CA935715A

Description

PATENTANWÄLTE	■
Dipi.-chem. Dr. D. Thomsen Dipi.-ing. H. Tiedtke Dipi.-chom. G. Bühling	MÜNCHEN 2 TAL 33 TEL. 0811/226894 295051 CABLES: THOPATENT TELEX: FOLGT
Dipung. W.Weinkauff 2028377	FRANKFURT (MAIN) 50 FUCHSHOHL 71 TEL. 0611/514666

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8000 München 2 9. j_uni 1970 case 4366/TP / T 3677

Neste Oy « Helsinki, Pinnland

Verfahren zum Plastizieren von Holz

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Plastizieren von Holz zum Zweck der Formgebung des Holzes.

σ ο co oo, cn

ο ro σ» ο

Es ist bekannt, daß das Biegevermügen von Holz erhöht

werden kann, indem man es mit heißem Wasser oder Dampf behandelt. Ist das Holz mit Feuchtigkeit gesättigt, läßt es sich biegen und anschließend unter Druck trocknen. Abgesehen davon, daß bei dieser Arbeitsweise lange Behandlungszeiten notwendig sind, bewirkt die Behandlung mit heißem Wasser oder Dampf physikalische und chemische Veränderungen im Holz, dl· leint Eigenschaften beeinträchtigen. Die mit dieser Behandlung erzitlte Biegung let auch nicht aehr beständig.

Nach einem anderen Verfahren wird das Holz mit wasserfreiem, flüssigem Ammoniak oder mit wässriger Ammoniaklösung imprägniert, wonach man das Holz in gewünschte Form biegen kann, in der es beharrt, wenn das Ammoniak abgedunstet worden ist.

Den Mechanismus des Prozesses hat man folgendermaßen erklärt. Ammoniak vermag nicht nur in die amorphen Substanzen der Zellwände, sondern auch in die Kristallstruktur der Zellulose und in den phenolischen Ligninbindestoff einzudringen. Das Ammoniak trennt einige WasserstofWindungen, die die normale Steifigkeit des Holzes verursachen. Das Erweichen der Kristallstruktur gestattet Bewegungen der Strukturbestandteile einander vorbei unter Einfluß einer äußeren Kraft. Nach erfolgtem Abdunsten des Ammoniaks bilden sich abermals Wass(.-stoffbindungen zwischen den Polymerketten, und die Holzstruktur wird erneut auf ihre vorhergehende Steifigkeit kreuzgebunden.

Ein großer Nachteil des Ammoniakverfahrens ist der niedrige Siedepunkt des Imprägniermittels, der die Verwendung von Kühl- und Verflüssigungsapparaturen erforderlich macht. Fernerhin ist Ammoniak giftig, weshalb besondere Schutzmaßnahmen notwendig sind.

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Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß das als Holzbe- . handlungsmittel unbequeme Ammoniak durch Hydrazin ersetzt werden kann, mittels dessen Anwendung man Holz derart plastizieren oder weichmachen kann, daß es in gewünschte Form gebogen werden kann. Hydrazin ermöglicht neben Biegen des Holzes auch beträchtliches Zusammendrücken des Holzes. '

Es wurde festgestellt, daß Hydrazin BjÖrkmans Lignin löst sowie den sogenannten Lignin-Kohlehydratkomplex erweicht. Beim Imprägnieren von Holz mit Hydrazin ergibt sich offenbarim behandelten Holz eine teilweise Erweichung und Auflösung von Lignin sowie dessen Ausbreitung im Holzmaterial. Fernerhin reagiert Hydrazin offenbar mit Lignin, woraus sich Kreuzbind ungen zwischen Ligninmolekülen ergeben, welche die Molekülgröße des Lignins vervielfachen. Gleich dem Ammoniak wirkt Hydrazin auch auf Zellulose ein. , .

• Ein Verfahren nach der Erfindung zum Plastizieren von Holz zwecks dessen Formgebung ist somit in der Hauptsache dadurch gekennzeichnet, daß das Holz mit Hydrazin imprägniert wird und daß nach erfolgtem Formen des Holzes das überschüssige Hydrazin entfernt wird.Holz, das mit einem Verfahren nach der Erfindung behandelt wird, kann zum Beispiel gebogen und zusammengedrückt und verdreht werden, ohne daß es Schaden nimmt, wobei das Holz eine neue, stabile Form erhält.

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Das Hydrazin kann entweder in reiner Form oder in Form einer Lösung, zum Beispiel einer wässrigen Lösung, vorliegen. Selbstverständlich kann man auch andere zum Zweck geeignete Lösungsmittel oder Medien verwenden. Die Hauptsache ist, daß die Imprägnierflüssigkeit genügend Hydrazin enthält. Man kann somit Hydrazinlösungen mit einer Konzentration zwischen 1-lOOJS, am geeignetsten 3-15Ϊ» verwenden. Es ist zu beachten, daß das zu behandelnde Holz auch grün sein kann, sofern man zugleich eine konzentriertere Hydrazinlösung benutzt.

Zum Imprägnieren des Holzes mit Hydrazin kann man sich jedes beliebigen geeigneten Imprägnierverfahrens bedienen. In derartigen Verfahren verwendet man in der Regel verschiedenartige Kombinationen von Druck- und Vakuumbehandlungen. Das Imprägnieren erfolgt geeigneterweise beispielsweise in einem Druckbehälter, in dem zuerst zur Entfernung der Luft aus den Holzporen Unterdruck erzeugt wird. Anschließend wird in den Behälter Hydrazinlösung eingelassen, die man gegebenenfalls zuerst bei Unterdruck und dann bei normalem Druck oder überdruck in das Holz eintreten läßt. Das Imprägnieren kann auch durch Bestreichen erfolgen·

In der Imprägnierbehandlung wird das Holz biegsam und weich. Die Plastizität kann noch mittels einer verhältnismäßig kirnen Wärmebehandlung zum Beispiel, von 10-30 Minuten Dauer

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(bei 80-10O⁰C) erhöht werden. Nach erfolgtem Imprägnieren kann das Holz gebogen und/oder zusammengedrückt werden. Beispielsweise kann ein Birkenholzstück von 20 mm Stärke(mit den Fasern in der Längsrichtung) mit Leichtigkeit von Hand um l80° mit etwa 3 cm Biegeradius umgebogen werden, ohne daß das Holz Schaden erleidet. Nach Abdunsten des Hydrazins behält das Holz die gebogene Form bei und setzt anschließend der Biegung erheblich größeren Widerstand entgegen als unbehandeltes Holz.

Nach erfolgtem Imprägnieren kann das Holz auch zusammengedrückt werden, wobei aus diesem Hydrazinlösung entweicht, in der sich Lignin gelöst hat. Mittels einer gewöhnlichen Handschraubenpresse kann man das Volumen des Holzes mit Leichtigkeit um mehr als 50ί in Richtung senkrecht zu den Fasern herabsetzen. Nach oder bei dem Pressen kann man aus dem Holz mittels Wärmebehandlung die flüchtigen Stoffe entfernen, wobei das Holz eine neue, stabile Form und beträchtlich veränderte Eigenschaften erlangt.

Das Pressen wird am geeignetsten während der Wärmebehandlung vorgenommen. Die Preßtemperatur kann zum Beispiel 100-200⁰C, vorzugsweise 150⁰C betragen. Die Preß- und Trockenzeit kann je nach dem gewünschten Endresultat, der Holzart, den Dirnen- · eionen, der Preßtemperatur usw. variieren. In der Regel genügt eine Preß- und Trockenzeit von etwa ¹J Stunden. Im Verlauf der Preß- und Trocknungsbehandlung verdunstet aus dem Holz in der Hauptsache Hydrazin, das durch Kondensieren zurückgewonnen

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werden kann. Durch Messen des Stickstoffgehalts des Holzes nach der Behandlung ist festgestellt worden, daß im Holz etwa 2% Hydrazin, auf das Trockengewicht bezogen, verbleiben.

Die Dichte des Holzes nimmt infolge der Zusammendrückung in erheblichem Maße zu. Die Dichte erhöht sich in der Regel bei Laubhölzern stärker als bei Nadelhölzern.

Ein zweites Ergebnis der Preß- und Wärmebehandlung ist erhebliche Steigerung der Härte. Beispielsweise beträgt die Härte von Birkenholz im unbehandelten Zustand und senkrecht zur Paserrichtung gemessen etwa 200 Brinell-Grade, während bei nach der Erfindung behandeltem Holz die entsprechende Härte höher als 2000-Brinell-Grade sein kann. Die in der Faserri h° tung gemessene Härte ist noch größer und kann sich auf etwa 3000 Brinell-Grade belaufen.

Ferner ist beobachtet worden, daß Behandlung nach der Erfindung die Dimensionsstabilität des Holzes verbessert. In feuchter Luft ändern sich die Maße langsamer und weniger als bei unbehandeltem Holz. In Wasser untergetaucht, quillt Holz nach der Erfindung ebenso wie auch gewöhnliches Holz, aber beim Trocknen gewinnt es erneut zum großen Teil seine verbesserte Härte und Festigkeit wieder. Es spaltet auch nicht beim Trocknen nach Eintauchen in Wasser.

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Die Hydrazinimprägnierung und die darauffolgende Preß- und Wärmebehandlung haben in der Regel einen verdunkelnden Einfluß auf die Farbe des Holzes. Die Farbänderung hängt von der benutzten Erhitzungstemperatur und von der Erhitzungszeit ab. Die Farbe von Birkenholz wird braun, die von Erle rotbraun, während hingegen Kiefer erst nach längerer Erhitzung dunkler zu werden beginnt. Durch Variieren der Erhitzungszeiten und der Temperaturen kann man somit bei gewöhnlichem Holz edelholzähnliche Farbnuancen erzielen.

Es sind keine durch die Holzart bedingten Einschränkungen der Anwendbarkeit eines Verfahrens nach der Erfindung beobachtet worden. Gute Resultate werden sowohl mit Laubhölzern als auch mit Nadelhölzern erzielt.

Nach einem Verfahren nach der Erfindung behandeltes Holz kann mit Vorteil zum Beispiel in der Möbel-, Ski-·, Kisten- und Bootbauindustrie sowie allgemein auf allen Verwendungsgebieten eingesetzt werden, wo Biegen des Holzes in Frage kommt. Es kann auch zu allen solchen Zwecken Verwendung finden, wo die natürliche Härte oder Festigkeit des Holzes nicht ausreicht. Ein wichtiges Anwendungsgebiet ist die Plattenindustrie, wo nach der Erfindung behandelte Holzplatten oder -Furniere mit verschiedenen Plattenmaterialien wie zum Beispiel Sperrhölzern»

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Stabplatten, Faserplatten, Spanplatten usw. verleimt werden können. Es versteht sich, daß die Preßtrocknung der Furniere und das Verleimen des Laminats in ein und demselben Arbeitsgang vereinigt werden können. Desgleichen kann das behandelte Holzraaterial mit einem geeigneten überzug, zum Beispiel mit einem Farbanstrich oder einer Lackschicht, versehen werden.

Die Flüssigkeit, die während des erfindungsgemäßen P-ressens von mit Hydrazin imprägniertem Holz ausläuft, kann aufgesammelt und bei Wunsch erneut zum Imprägnieren von Holz verwendet werden. Aus dieser Flüssigkeit kann man eventuell das gelöste Lignin zum Beispiel durch Ausfällen abtrennen und das erhaltene verdünnte Hydrazin mit frischem konzentrierten Hydrazin verstärken. Desgleichen kann das während der Wärmebehandlung verdunstende Hydrazin aufgesammelt und erneut zum Imprägnieren verwendet werden.

Das Verfahren nach der Erfindung wird nunmehr mittels der beistehenden, nicht einschränkenden Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Ein raumtrockenes Birkenholzstück (Feuchtigkeitseehalt 6-735) mit den Maßen 20,4 mm χ 62,3 mm χ 580 mm wurde mit 15?- iger Wasserlösung von Hydrazin auf folgende Weise imprägniert.

Zuerst wurde das Holzstück in einen Druckzylinder gebracht, aus dem die Luft entfernt wurde, so daß der Druck bis unter 5 mm HG absank. Anschließend wurde in den Behälter die Hydrazinlösung eingelassen, die man unter gewöhnlichem Druck 15 Minuten lang in das Holz einziehen ließ. Dann wurde der Druck für die Dauer von 30 Minuten auf 5 kp/cm erhöht.

Die Abmessungen des Körpers nach der Imprägnierung betrugen 21,5 mm χ 68,5 mm χ 580,5 nm. Der Körper wurde anschliessend 15 Minuten lang im Wärmeschrank bei 80⁰C gehalten. Danach wurde der Körper von Hand um l80° mit etwa 3 cm Biegeradiu3 umgebogen. Trocknung erfolgte unter Biegepressung bei 115°C Der Körper zeigte keinerlei Zeichen von Bruch. Das Gewicht de3 Körpers betrug vor dem Imprägnieren 497»1 E» nach dem Imprägnieren 1004,5 g und nach dem Trocknen 467»1 g.

Beispiel 2

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In diesem Beispiel wurde der Einfluß von Hydrazin auf die ZusammendrUckbarkeit und Härte von aus Birkenholz, Erlenholz und Kiefernholz hergestellten Holzstücken untersticht. Das Imprägnieren fand ebenso wie im vorigen Beispiel mit 15J-ieer Wasserlösung von Hydrazin statt. Das Pressen erfolgte in einer üblichen Natriumpresse mit 6 mm Schraubensteigung und 60 cm Länge der Dreharme. Drehen der Presse erfolgte von Hand. Die Preßzeit war 4 Stunden und die Preßtemperatur 150⁰C. In Tabelle

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f-III sind die Eigenschaften von Birke, Erle und Kiefer vor und nach der Behandlung dargestellt. Die Härten sind senkrecht zu den Fasern gemessen.

Tabolle I
Birko

Eigenschaft Vnbohandoltos Imprägniertes Gepresstes und ge«

Holz Holz trocknetos Holz

Dicko, im · 19,2 ... 20,8 9,7

Broito, mm 48,2 52,9 44,0

Lüngo, na 97,0 97,0 97,0

Volumon, cn³ 98,8 41,2

Gewicht, c ö3,4 122,5 58,5'

Dichte, ff/cm³ 0,64 . 1,42

HUrto, ⁰B 200 2000

Tabelle II
Erle

Eigenschaft Unbohandoltos Imprägniertes Gepresstes und

Holz Holz trocknetοs Holz

Dicko,	Trim	. 18,5	19,6	5J9
Broito,	Γη τη	48,4	52,0	45,0
Länge,	mm	99,4	99,8	99,5
Volumon	, car	88,7		26,4
Gowicht	, £Γ	35,5	107,7	32,4
Dichto,	g/cm³	0,40		1,23
HÜrto,	⁰D	120		1530

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- li -

Tabelle III
Kiofor

Eigenschaft Unbchandoltos Impriicniortos Gepresstes und

Holz Holz trockndtes Holz

Dicko, mm 1p,8 . 20,7 9.3

Breito, nm 47,9 50,9 47,1

■litaffo, ma 97,6 91,1 \ .97,5 Volumen, cm"* 92,6 " ^2,7

Gewicht, e 44,1 73,8 · . · 4i,0 Dichte, e/cxs? . 0,^7 ^ 0,98

HUrto, ⁰B 145 . . ' 790

Aus den Tabellen geht hervor, daß sich die größte Dickenabnahme und Verringerung des Volumens bei Erle ergab. Das Volumen nahm bei Birke, Erle und Kiefer umd 58,3%, 70,25t bzw. 59,3JC ab. Die größte Härte wurde bei Birke und die kleinste bei Kiefer erzielt. Es ist festgestellt worden, daß die ursprüngliche Dichte des Holzes auf die ZusammendrUckbarkeit und auf die Zunahme der Härte Einfluß hat. Mit zunehmender ursprünglicher Dichte geht die ZusammendrUckbarkeit und Härte herab, die mittels einer Behandlung nach der Erfindung erzielt werden.

Beispiel 3

Zur Untersuchung des Einflusses der Konzentration der Hydrazinlösung wurden Birkenholzstücke von etwa 20 χ 127 χ 117»7· mm Qröße mit Hydrazinlösungen verschiedener Konzentrationen

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imprägniert. Imprägnieren, Pressen in der Dickenrichtung und Trocknen erfolgten wie in Beispiel 2. Vergleichshalber wurde der gleiche Versuch mit reinem Wasser und mit 25?-igem Ammoniak als Imprägniermittel ausgeführt. In Tabelle IV sind die Dicken, Dichten und Härten der Probekörper sowohl vor als nach der Behandlung angegeben. Die Härten sind senkrecht zu den Fasern gemessen. Die Ergebnisse zeigen, daß etwa 5i~ige Hydrazinlösung noch bemerkenswerten Einfluß auf die Zusammendrückbarkeit und Härte des Holzes hat.

	Tabollo	Liclitq	IV	InprUcnicrtos und Getrocknetes HoIs	prosa-
Imprägnier	Unbohnndoltoa Holz	0,52		Dicko Uichto kies {j/cia·^	Itlrto
mittel	Dicko nun	0,5*	Härte «Β	. 7.0 1,42 )	2000
Hydrazin	20,1	0,60	200	8^2 1„20	1800
Hydrazin 7,7 #	20,1	0,60	200	9p9 litt	1300
Hydrazin 5,1 *	20,2 '	0,68	200	15,6' 0,71	300
VoflBOr	20,1	200	12,3 1,0*	700
Ainmoniok 25 $	20,2	200

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Beispiel H

Die in Beispiel 2 hergestellten Holzstücke wurden aus Laborverhältnissen (2O⁰C, 25Ϊ rel. F.) in 65? relative Feuchtigkeit (20⁰C) übergeführt. Die Dimensionen der Körper blieben unverändert ¹J Tage lang. Das Gewicht der Erlenstücke nahm um etwa 1% und das der Birkenstücke um etwa 0,¹JJCzU. Das Volumen der Kieferstücke nahm um etwa 1,53» und ihr Gewicht um etwa 3,73» zu. Bei einem ebensolchen Versuch mit ebensolchen unbehandelten Holzstücken vermehrte sich das Volumen von Kiefernholz um etwa 3Ϊ und von Birkenholz um 2,6¹JJt. Das Gewicht von Kiefer bzw. Birke nahm um 5»5? bzw. k% zu.

Beispiel 5

Birkenholzfurniere von 2,7 mm Stärke wurden mit Hydrazinlösung imprägniert und in der Presse getrocknet wie in Beispiel 2. Die Stärkender Furniere nach dem Trocknen betrug 1,3 mm. Mit der Hand fühlten sich die Furniere weit fester als gewöhnliche Furniere entsprechender Dicke an. Auch-die Härte hatte erheblich zugenommen (1500⁰B).

Beispiel 6

Die Biegebruchfestigkeit von Holzstäb-en (Querschnitt

5,10 χ 18,55 nun), die aus nach Art des Beispiels 2 behandeltem

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Birkenholz hergestellt waren, wurden nach British Standard 373:1957 untersucht. Die bei der Imprägnierung verwendeten Hydrazinkonzentrationen betrugen 15,¹J? und 7,7?. Zum Vergleich wurde auch die Biegefestigkeit für Holzstäbe (Querschnitt 8,«4 χ 25,1 mm ) aus unbehandeltem Birkenholz bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle V wiedergegeben, aus der auch die für die Probestäbe berechneten Elastizitätsmodule hervorgehen,

Tabelle V
ImprUßniormittol Bioffobruchfestigkoit Elastizitätsmodul

Hydrazin 15,k £ 5800 · . k^Z 000 Hydrazin 7» 7 £ ' 5^20 JfOO 000

Unbohandolto3 Holz 16"8O 181 000

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zum Plastizieren von Holz zum Zweck der Formgebung, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz mit Hydrazin imprägniert und nach oder bei dem Formen des Holzes das überschüssige Hydrazin entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ausschließlich Hydrazin oder Hydrazin in einem geeigneten Medium verwendet wird.

3· Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß Hydrazin in Wasserlösung verwendet wird.

■'-. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägnieren in der Weise erfolgt, daß das Holzgut in Hydrazinlösung untergetaucht wird, die während des Imprägnierens unter Unterdruck, normalem Druck oder überdruck
stehen kann.

5· Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrazin mittels Oberflächenbestrichs eingebracht _wird. 009851/0260

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Imprägnieren die Luft aus dem Holz entfernt wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Imprägnieren das Holz erwärmt wird.

8. Verfahren nach einem der,vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Pressens aus dem
Holz austretende Hydrazinlösung gesammelt und das Hydrazin erneut zum Imprägnieren verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Behandeln des plastifizieren Holzes die flüchtigen Stoffe aus dem Holz verdampf werden.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen der flüchtigen Stoffe während des Pressens erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Holz abgedunstete Hydrazin gesammelt und gegebenenfalls erneut zum Imprägnieren verwendet wird.

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12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hydrazin Holzfurniere imprägniert werden, die auf eine oder beide Seiten einer unbehandelten und gegebenenfalls mit Leimstoff versehenen Platte gelegt werden, wonach das Laminat unter gleichzeitigem Erwärmen auf gewünschte Form gepreßt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hydrazin mehrere Holzplatten und/oder Purniere imprägniert werden, die aufeinandergelegt und gegebenenfalls mit geeignetem Leimstoff versehen, auf die gewünschte Form gebogen und/oder gepreßt werden entweder, und zwar ohne Erwärmung oder unter Erwärmung. ·

Ik. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Platten Sperrholzplatten, Stabplatten, Faserplatten, Spanplatten u. a. Platten verwendet werden.

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