DE3406715A1

DE3406715A1 - Verfahren zur plastifizierung von vollholz und holzwerkstoffen in einem plastifizierzylinder

Info

Publication number: DE3406715A1
Application number: DE19843406715
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. Kreidl (FH), 8729 Steinsfeld
Original assignee: KREIDL MANFRED DIPL ING FH
Current assignee: KREIDL MANFRED DIPL ING FH
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1985-08-29

Description

Verfahren zur Plastifizierung von Vollholz und Holz
werkstoffen in einem Plastifizierzylinder.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erweichung von Massivholz und Holzwerkstoffen mit Hilfe eines Plastifizierzylinders, insbesonderes von TXucherholz.
und Holzspanplatten fUr die Herstellung gebogener Möbelteile. Hierbei ist es im Sinne der Erfindung wichtig, daß das zu plastifizierende Teil in einen abgeschlossenen Behälter zwischen die Elektroden des HF-Arbeitskondensators gebracht wird.
Es handelt sich beim Biegen um eine spanlose Verformung des Holzes, quer zu seiner Holzfaserlängsrichtung.
Eine hydrothermische Behandlung des Holzes begünstigt die Zusammendrückbarkeit der Fasern. Das ist fUr das Biegen notwendig, da es an den inneren, konkaven Druckseiten der Biegeteile zu einem ZusammendrUcken der Holzfasern kommt. Bei dieser hydrothermischen Behandlung spielt die Temperatur die größere Rolle als die Holzfeuchte. So läßt sich Buchenholz geringer Feuchte bei hoher Temperatur sehr wohl biegen, während nasses Holz im kalten Zustand sich sehr widersträubend gegen Biegen verhält. (Kiosseff, H,D.: Biegen durch hochfrequenzerwärmung. Leipzig 1962, Holzindustrie Nr. 4, S. 110-111). Eine Ausnahme bildet das starke Austrocknen der Randschichten der Biegeteile, was zu einer rlrhöhung der Bruchgefahr führt. Genau diesen Umstand zu vermeiden war der Antrieb zu dieser Erfindung.
Bei der üblicherweise angewandten Biegemethode durch Dämpfen ergeben sich eine Reihe von Nachteilen. So wird das bereits durch eine ca. einjährige Freilufttrocknung getrocknete Holz durch den Wasserdampf erneut auf eine Holzfeuchte von u = 30 - 35 gebracht. Außer- dem dauert der Prozess sehr lange, da die erwärmung nach dem Prinzip der Wärmeleitung vor sich geht. Diese Nachteile können durch das Plastifizieren mit Hochfrequenz vermieden werden. Die Verfahren der l-'lastifizierung mit HF-Energie nach dem Stand der Praxis hat aber bis heute zu keiner großen Anwendung geführt.
So schreibt Kiosseff H.D (Biegen durch Hochfequenzerwärmung, Leipzig 1962, Zeitschrift: Holzindustrie Nr.4, s. 111), daß trotz der relativ kurzen t1F-Einschaltzeiten ein Austrocknen der äußeren Holzschichten erfolgt und eine Versprödung dieser iiolzaußenschichten zu einer Erhöhung der Bruchgefahr führt.
Bei der Plastifizierung von Vollholz durch Dämpfen handelt es sich um ein sehr energieaufwendiges Verfahren. Könnte die Industrie den erwähnten Mangel der Austrocknung der Randschichten des Holzes bei der Plastifizierung vermeiden, wäre der Einsatz der HFtnergie weitaus günstiger, Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde bereits vorgetrocknetes Holz (Holzfeuchtigkeitsgehalt u = 10Sb bis 30%) zur Plastifizierung zu verwenden und ein weiteres starkes Austrocknen während der Plastifizierung zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Holz nur von einem kleinen nach außen abgeschlossenen Luftvolumen umgeben ist. Es muß also bereits eine kleine Menge Wasser, die während der Erhitzung durch ISF-Fnergie aus dem Holz austritt, ausreichen, um Sattdampf im Behälter zu erzeugen. Obwohl wir es im Behälter mit vorgetrockneten Holz zu tun haben, befindet es sich nach geringem Dampfaustritt aus dem Holz doch in idealen Klimabedingungen, nämlich Sattdampf mit hoher Temperatur von ca. 100 OC. Die Größe des umgebenden Behälters richtet sich im allgemeinen nach den Abssungen des zu plastifizierenden Holzkantels. Bei den durchgeführten Versuchen wurden Buchenkantel im Format 1300 mm x 60 mm x 20 mm verwendet. Für den Behälter ist ein Rohr mit dem Innendurchmesser von 70 mm und einer Rohrlänge von 1,5 m günstig. Nachweislich läßt sich aus dem spezifischen Volumen von Sattdampf bei einem Druck von 1,5 bar und einer Temperatur von 111 ° sowie dem Volumen des Rohres abzüglich dem Volumen des Holzkantels'(woraus sich das verbleibende Luftvolumen im Behälter ergibt) errechnen, daß nur etwa 4 Gramm Wasser benötigt wird um Sattdampf zu erzeugen.
Der Wasseranteil des Holzkantels liegt bei u = 15°,ó in der Größenordnung von 160 Gramm, bezogen auf das Trockengewicht des Holzkantels im Darrzustand ( u = 0% ).
Es rcichen also schon geringe Mengen von diesem Wasseranteil aus, um Sattdampf zu erhalten.
Eine witere erfindungsgemäße Lösung ist, daß Behälter und Holz zwischen den HF-Elektroden liegen (siehe Fig, 1).
Es ergibt sich als eine Anforderung an den Behälter im HF-Feld keinen flhergieumsatz zu ermöglichen, Pr darf sich also weder erwärmen noch zersetzen, Diese Fordcrung erfüllen alle Stoffe, deren dielektrischer Verlustfaktor tan #, gemessen bei einer Frequenz von 106 ilertz, nicht größer als 10-³ sein darf. Im Weiteren muß dieser Stoff eine Dauertemperaturbeständigkeit von 110 °C aufweisen. Zum Dritten muß er HF-Strahlungsdurchlässig sein. Im vorliegenden Fall wurde ein Kunststoffrohr aus Polypropylen verwendet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Holzkant*l im Gegensatz zum Dämpfen im Feuchtesatz nicht erhöht werden. vine Abstimmung ist sogar insoweit möglich, daß die Biegeteile nach dcm Biegen und der AbkUhlung eine Holzfeuchtigkeit von u = 10°4 besitzen und somit bereits ca. 20 Minuten nach dem Biegen mit der Weiterverarbeitung in der Fertigung, ohne nötige lange Trocknungszeiten, begonnen werden kann. Die Plastifizierungszeiten mit Hochfrequenz in der oben beschriebenen Vorrichtung liegen zwischen zwei und fünf Minuten. Die gleiche Zeit nimmt etwa das fliegen in Anspruch. Eine Mechanisierung oder gar Automatisierung dieses Bearbeitungsverfahrens könnte nufgrun(S der gleich£ Taktzeiten von Plastifizicren und fliegen durchgeführt werden. Die Formbelegungszeiten, d.h.
die Zeit dir; das Holzkantel in der Biegeform verweilen muß, bis es ausgespannt werden kann, liegt je nach Abkühlgeschwindigkeit zwischen 20 und 50 Minuten. Bei dem üblichcn Vcrfahren durch Dämpfen sind die Formen, bedingt durch den langen Trocknungsprozess nach dem Biegen zwischen 36 und 48 Stunden belegt. Je nach Holzquerschnitt auch noch länger! Durch diese langen Formbelegungszeiten muß zum Einen cinc nicht unerhebliche Anzahl von gleichen, z.T. sehr teuren Formen vorhanden sein, zum Anderen wird ein kontinuierlicher Arbeitsprezess bei größeren Stückzahlen gehemmt.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt und reinen tängaschnitt durch die Plastifiziervorrichtung. Die stromzuführende "heiße" Elektrode (i) ist T-förmig an die Zuleitung vom HF-Generator angeschlossen. Diese Elektrode dient als Trägerplatte für den Kunststoffbehalter aus Pol.ypropylen (3) und ist aus einer massiven Aluminiumplatte mit einer Stärke von 10 mm hergestellt, Die "kalte" Elektrode ( 2 ! ist wie eine TTaube U-förmig einer die "heiße" Elektrode (1) und den Kunststoffbehälter (3) gestülpt und besreht wie die mit ihr metallisch leitend kurzgeschlossenen Podenplatte aus Aluminiumblech mit der Stärke von 0,8 mm. Tn dieser Bodenplatte (4) ist eine kreisförmi,"e Aussparung ), durch die die heiße Elektrode im Mindestabstand von 100 mm vom Blech der Bodenplatte nach Außen zum HF-Generator geführt wird. Somit ist eine vollkommene Abschirmung der entstehenden HR-Wellen gewährleistet, entsprechend dem Prinzip des Faraday'schen Käfigs. Der Kunststoffbehälter wird beidseitig durch die vordere und hintere Blechabdeckung geführt, wobei an der vorderen Seite ein Öffnungamechanismus zum Einführen des iiolzkantels und an der hinteren Seite ein fester Verschluß angebracht ist. Durch diesen dampfdichten Deckel wird ein Manometer angeschlossen (7). Ebenfalls durch diesen Deckel wird eine Temperaturmeßstelle (;t) eingrebracht. Tn dem Kunststoffhehälter befindet si eh das Holzkantel (6!.
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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Plastifizierung von Vollholz und Holzwerkstoffen in einem Plastifizierzylinder infolge von Einwirkung hochfrequenter Wechselfelder auf eine speziell entwickelte Vorrichtung, mit der anschließend möglichen Anwendung des Biegens der Massivhölzer oder tiolzwerkstoffteile, dadurch gekennzeichnet, daß das zu plastifizierende Teil zwischen den flochfrequenzkondensatoren in einem abgeschlossenen, dampfdichten Behälter behandelt wird. Der Behälter muß aus einem Material bestehen, welches keinen eigenständigen Energieumsatz im hochfrequenten Wechselfeld ermöglicht, d.h.: nas Material des Behälters kann sich nicht erhitzen.
2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz eine Holzfeuchtigkeit hat, die geringer ist als der Fasersättigungspunkt (u < 300/), bis zu der geringen Holzfeuchte von u = 10%.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei sich flächig gegenilberliegenden Flektroden, die nicht metallisch leitend miteinander verbunden sein dürfen. Die "heiße" (stromzuführende) Elektrode (1) au Aluminium dient als Trägerplatte filr den Plastifizierbehalter (3), in den das Holz zur Plastifizierung eingebracht wird. Die "kalte", mit Erdpotential versehene Elektrode (2) dient gleichzeitig als Abschirmung der hochfrequenten Wellen, indem sie eine abgeschlossene Haube darstellt'.