DE3536595C2 - Vakuumtrockner für Schnitthölzer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuumtrockner für Schnitthöl­ zer.

Bei bekannten Vakuumtrocknern wird die Wirkung des Vakuums ausschließlich zur Verdunstung des in dem Holz enthaltenen Wassers eingesetzt. Hauptzweck der Erfindung ist es, auch Sekundareffekte des Vakuums auszunutzen und auf diese Weise das Trocknungsverfahren mit weiteren Vorteilen zu verbin­ den.

Ein Sekundäreffekt der Wirkung des Vakuums wird erfindungs­ gemäß zum Schutz gegen ein Verziehen und eine Verformung der Hölzer verwendet. Es handelt sich bei dem Verziehen und bei der Verformung um Fehler, die bisher als unvermeidlich betrachtet und in Kauf genommen wurden und die nicht nur bei der künstlichen Trocknung sondern auch bei der natürli­ chen Trocknung (Alterung) auftraten, wenn bei letzterer auch in geringerem Maße. Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung eines Vakuumtrockners mit erhöhter Trocknungsgeschwindigkeit infolge einer Sekundärwirkung des Vakuums, die erfindungsgemäß geeigneter Weise gesteuert wird.

Die sich aus den vorangehend genannten Zwecken ergebende Aufgabe der Erfindung wird durch einen Vakuumtrockner für Schnitthölzer gelöst, bei welchem eine Wandung in wenig­ stens einem Paar von zwei einander gegenüberliegenden Wandungen der zur Aufnahme des Holzes dienenden Zeile des Trockners im wesentlichen starr und eben ist, während die gegenüberliegende Wandung durch den bei Evakuierung der Zelle von außen wirkenden Druck unter Abdichtung in Rich­ tung auf die starre Wandung derart bewegbar ist, daß sie das Holz fest gegen die ebene Wandung preßt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, auf die hier zur Verkürzung der Beschreibung lediglich hingewiesen wird.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbei­ spiel eines Vakuumtrockners gemäß der Erfindung,

Fig. 2 zeigt eine Einzelheit von Fig. 1 in größerem Maß­ stab,

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch ein zweites Ausführungs­ beispiel der Erfindung,

Fig. 4 zeigt eine eine Einzelheit von Fig. 3 in größerem Maßstab,

Fig. 5 zeigt einen Schnitt eines dritten Ausführungsbei­ spiels der Erfindung.

Eine in Fig. 1 dargestellte Trockenzelle 1 aus Metallblech hat die Form eines Parallelepipeds mit rechteckigem Grund­ riß. Ihre Bodenwandung 2 ist eben und mit kräftigen Traver­ sen 3 verstärkt, so daß sie im wesentlichen starr ist.

Die Zelle 1 besitzt eine obere Ladeöffnung, in der eine starre und ebene Platte 20 verschiebbar montiert ist. Diese Platte 20 dient zum Verschließen der der Bodenwandung 2 gegenüberliegenden Seite der Zelle 1. Die Platte 20 besitzt längs ihres Umfangs Dichtungsmittel, deren Funktion aus der folgenden Beschreibung deutlich wird. Im dargestellten Aus­ führungsbeispiel bestehen diese Dichtungsmittel aus einer umlaufenden Dichtung 21, die in einer Umfangsnut 22 des Seitenrandes der Platte 20 aufgenommen ist.

Mit 10 ist eine schematisch angedeutete Vakuumpumpe be­ zeichnet, deren Ansaugseite pneumatisch über ein Rück­ schlagventil 11 mit der Zelle 1 verbunden ist und deren Auslaßseite zum Außenraum offen und mit einem Kamin zur Abgabe von Dämpfen verbindbar ist.

Weitere Zubehörteile der in Fig. 1 dargestellten Anlage sind ein von Hand betätigbares, an einer Seitenwandung angeordnetes Ventil 12, das sich öffnen läßt, um einen Lufteintritt in die Zelle zu ermöglichen, sowie ein am Boden der Zelle 1 angeordnetes, von Hand betätigbares Auslaßventil 13, über das die Kondensationsprodukte der Dämpfe abgelassen werden können.

Mit 14 sind flache thermostatische Heizelemente bezeichnet, die aus Platten bestehen, welche von elektrischen Wider­ ständen oder durch Zirkulation eines heißen Fluids auf­ heizbar sind.

Die flachen Heizelemente 14 sind rechteckförmig. Die Ober­ fläche eines jeden von ihnen entspricht im wesentlichen der Fläche des Bodens 2.

Das unterste der flachen Heizelemente stützt sich unter Zwischenfügung einer Wärmeisolationsschicht 15 auf dem Bo­ den 2 ab. Die Wärmeisolationsschicht 15 verhindert Wärmeab­ gabe nach außen.

Das in Tafeln geschnittene Holz 16 wird in bekannter Weise zwischen die flachen Heizelemente 14 geschichtet.

Während des Betriebs der Anlage geben die flachen Heizele­ mente durch Wärmeleitung die zur Verdunstung des in dem Holz vorhandenen Wassers erforderliche Wärme an die Holzta­ feln ab. Das Vakuum bewirkt dabei, daß das Wasser bei nied­ rigeren Temperaturen verdunstet, als dies bei Trocknungs­ systemen der Fall ist, die mit Atmosphärendruck arbeiten. Gleichzeitig wird eine Verschiebungsbewegung des Wassers vom Zentrum zur Peripherie des Holzes angeregt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bewirkt das Vakuum eine Verschiebung der Platte 20 zum Innenraum der Zelle in Richtung auf die Bodenwandung 2. Die Ursache hierfür ist der von außen wirkende atmosphärische Druck. Die Dichtung 21 gewährleistet, daß die Zelle bei der Ver­ schiebung der Platte 20 gegenüber dem Außenraum hermetisch abgeschlossen bleibt. Auf diese Weise werden die zwischen den Heizelementen liegenden Holztafeln mit starkem und gleichmäßigen Druck gegen die ebene Bodenwandung 2 ge­ drückt. Wenn man beispielsweise mit dem üblichen Evakuie­ rungsgrad von maximal 90% arbeitet, ergibt sich schon in einem kleinen Trockner, dessen Heizelemente eine Oberflä­ che von 1 m × 5 m haben, eine Kraft, die das Holz mit 45 000 kg gegen die Bodenwandung drückt. Es wäre außerordentlich schwierig, eine Kraft dieser Größe mit Hilfe von auf den Holzstapel einwirkenden Gewichten zu realisieren, falls man dies zur Begrenzung der Verformungen tun wollte.

Diese große und gleichförmige Druckkraft, die der Unter­ druck während des Trocknungsvorgangs erzeugt, hat zur Fol­ ge, daß ein Verziehen und Verformen des Holzes praktisch vermieden wird, so daß die eingebrachten Hölzer vollkommen eben bleiben.

Darüber hinaus hat das Trocknungsverfahren in dem Trockner gemäß der Erfindung, in dem die Heizung und das Vakuum simultan wirken, den Vorteil, daß die Druckkraft den inni­ gen Kontakt der flachen Heizelemente mit den Holztafeln begünstigt, so daß die Wärmeabgabe an das Holz sehr er­ leichtert wird. Dies wiederum hat die vorteilhafte Wirkung, daß das Aufheizen des Holzes beschleunigt und damit letz­ lich die Trocknungsgeschwindigkeit erhöht wird. Gleichzei­ tig werden Wärmeverluste nach außen verringert, weil einer­ seits die Wärme infolge des innigen Kontakts zwischen den Hölzern und den flachen Heizelementen leichter in das Holz übergeht und andererseits die Trocknungsdauer verringert wird.

Versuche, die an harzhaltigen Hölzern, z. B. der ligurischen Kiefer, durchgeführt wurden, ergaben einen mittleren Ge­ wichtsschwund von 6% pro Stunde beim Übergang von der maxi­ malen Feuchtigkeit des frisch geschnittenen Holzes (bis zu 130% Anfangsfeuchtigkeit) bis zu einem im wesentlichen trockenen Zustand. Was jedoch mehr ins Gewicht fällt, ist der Umstand, daß die Betriebstemperatur unterhalb der bis­ her für harzhaltige Hölzer üblichen Werten gehalten wurde. Sie lag bei etwa 65°C mit dem Ergebnis, daß nicht nur die eingangs erwähnten Fehler vermieden wurden sondern auch die natürliche Färbung des Holzes beibehalten werden konn­ te.

Ein derart großer Gewichtsschwund pro Stunde ist nicht ein­ mal mit herkömmlichen Hochtemperaturtrocknern erreichbar, wenn diese mit 180°C betrieben werden. Eine Erklärung hierfür besteht darin, daß das Holz in dem Trockner gemäß der Erfindung durch die starke Kompression "ausgedrückt" wird, was in Verbindung mit der Einwirkung des Vakuums eine synergetische Wirkung hervorruft. Auf diese Wirkung wird später noch zurückzukommen sein.

Zur Demonstration der erheblichen Energieersparnis auch bei mittelharten Hölzern seien die Ergebnisse einer Prüfung mitgeteilt, die mit Ulmenhölzern mit einer Dicke von 75 mm durchgeführt wurden.

Bei diesen Versuchen wurden für den Übergang von 91% mitt­ lerer Anfangsfeuchtigkeit auf 30% (Sättigungspunkt der Fa­ sern) lediglich 1,155 kWh zur Verdunstung von 1 kg Wasser, oder 994 Cal pro Liter verdunsteten Wassers aufgewendet. Dieser Verbrauch ist außerordentlich niedrig für Harthöl­ zer großer Dicke wie im oben genannten Beispiel. Er ist sogar niedriger als die Verbrauchswerte, die sich mit den herkömmlichen Trocknern mit Ventilation und Energierückge­ winnung bei leichter zu trocknenden Holzarten, z. B. harz­ haltigen Hölzern, geringerer Dicke erzielen lassen.

Es sei auch noch auf ein anderes mit dem Trockner gemäß der Erfindung realisierbares Ziel hingewiesen, das die Korrek­ tur von Verziehungs- und Verformungsfehlern bei gewölbten Hölzern betrifft, die diesen entweder durch die Wirkung natürlicher Alterung oder durch unsachgemäße künstliche Trocknung anhaften. Es genügt, das zu korrigierende Holz mit Hilfe der flachen Heizelemente auf die Plastifizierungs­ temperatur zu bringen und es für einige Stunden in Abhän­ gigkeit von der Dicke des Holzes mit Hilfe des Vakuums gegen die Bodenwandung zu pressen. Anschließend werden die flachen Heizelemente ausgeschaltet, während das Vakuum bis zur Erkaltung des Holzes aufrechterhalten wird, um eine Verfestigung des Holzes zu erreichen, während dieses gegen die Bodenwandung gedrückt wird, und damit die gewünschte ebene Form zu stabilisieren. Dabei wird die oben erwähnte "Ausdrückwirkung" des Holzes betont.

Man erreicht dies dadurch, daß man die Oberfläche jeder der zwischen zwei Heizelementen liegenden Holzschichten gegen­ über derjenigen der Heizelemente verringert. Die von dem Unterdruck an der Platte 20 erzeugte Kraft wird dann auf die kleinere Oberfläche der einzelnen Holzschichten über­ tragen, so daß der Druck umgekehrt proportional zur Flä­ chenverringerung ansteigt. Man kann auf diese Weise belie­ big große Drücke erzeugen, indem man die Oberfläche der Holzschichten entsprechend verringert und auf einen Teil der Aufnahmekapazität der Zelle verzichtet. Dieser Verzicht wird dadurch aufgewogen, daß die Trocknungsgeschwindigkeit im wesentlichen mit dem Quadrat der Druckerhöhung ansteigt, so daß letztlich die Produktivität des Trockners noch ge­ steigert wird. Wenn man beispielsweise die Kapazität nur zur Hälfte ausnutzt, vervierfacht sich die Trocknungsge­ schwindigkeit, so daß sich als Endresultat eine Verdopplung der Produktion ergibt. In der Praxis sollte ein Druck von 2 kg/cm² nicht überschritten werden, um zu vermeiden, daß das getrocknete Holz später bei Veränderung der Luft­ feuchtigkeit seine Abmessungen in Dickenrichtung spürbar ändert.

Die Struktur des Trockners, in dem systematisch nach dem zuletzt angedeuteten Verfahren gearbeitet, das Holz also "ausgedrückt" werden soll kann in geeigneter Weise modifi­ ziert werden, indem man bei der Konstruktion Heizelemente mit kleinerer Oberfläche vorsieht.

Das Verhältnis zwischen der Flächengröße der Heizelemente und derjenigen der Platte 20 entspricht dem Kehrwert des Koeffizienten, um welchen der Druck gegenüber dem auf die Platte 20 wirkenden Druck erhöht werden soll. Ein geeigne­ ter Wert für dieses Verhältnis ist 1 : 2, wenn man die Größe des auf das Holz einwirkenden Drucks im wesentlichen ver­ doppeln möchte.

In den Vakuumtrocknern mit flachen Heizelementen, in denen ein diskontinuierliches Verfahren abläuft, d. h. die Erwär­ mung unter atmosphärischem Druck stattfindet und die Evaku­ ierung anschließend vorgenommen wird, wenn das Holz die ge­ wünschte Betriebstemperatur erreicht hat, lassen sich ana­ loge Kompressions- und akzentuierte "Ausdrück"-Werte erzie­ len, mit denen das Holz gegen die Bodenwandung gepreßt wird, indem man das Aufheizen bei einem relativ niedrigen, für das Ausdrücken des Holzes jedoch hinreichend großen Unterdruck stattfinden läßt. In den Vakuumtrocknern, die für die Erwärmung des Holzes keine flachen thermostatischen Heizelemente verwenden sondern eine Erwärmung durch Heiß­ luftventilation vorsehen, kann man hingegen Resultate er­ zielen, die den oben beschriebenen gleichen, indem man jede Holzschicht zwischen zwei Metallplatten verbringt, die in direktem Kontakt mit dem Holz stehen und die mit Hilfe von geeigneten Leisten in Positionen gehalten werden, in denen die Holzschichten Anstand voneinander haben, um die ange­ strebte Ventilation zu ermöglichen.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Zelle 1 im Bereich der Beladungsöffnung 1a einen nach außen weisenden ebenen Flansch 4, dessen Hauptebene paral­ lel zur Bodenwandung 2 verläuft.

Die Öffnung der Zelle 1 ist mit einem abnehmbaren Deckel 5 versehen, der von einem starren umlaufenden rechteckigen Rahmen 6 gebildet ist, der mit dem Flansch 4 zusammenarbei­ tet. Der Rahmen 6 besteht aus einem U-Profil, dessen Schen­ kel nach unten weisen und in dem eine Dichtung 7 aus ela­ stomerem Material eingesetzt ist, die sich auf dem Flansch 4 abstützt.

Mit 25 ist eine in dem umlaufenden rechteckigen Rahmen 6 angeordnete starre Platte bezeichnet, deren Seiten den ent­ sprechenden Seiten des Rahmens gegenüberliegen und gleichen Abstand von diesen haben. Der Rand der Platte 25 ist mit dem Rahmen 6 über eine ringförmige flache Dichtung 26 aus elastomerem Material verbunden, die eine hermetische Ab­ dichtung zwischen der Platte 25 und dem Rahmen 6 gewähr­ leistet. Die Dichtung 26 ermöglicht ein Verschieben der Platte 25 in Richtung auf die Bodenwandung 2 der Zelle, wenn diese evakuiert wird.

Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 2 im wesentlichen dadurch, daß die durch den in der Zelle erzeugten Unterdruck ver­ schiebbare Wandung von einer dünnen leinenverstärkten Mat­ te aus Gummi (oder einem ähnlichen elastomeren Material) gebildet ist, deren Dicke einige Millimeter beträgt und die längs ihres Umfangs mit dem Rahmen 6 durch Einklemmen zwi­ schen diesem und einem Gegenrahmen 9 befestigt ist. Der Gegenrahmen 9 ist mit Hilfe von Schrauben an dem Rahmen 6 so fixiert, daß zwischen ihnen hermetische Dichtigkeit gegeben ist.

Auch in diesem Fall ist es möglich, flache thermostatische Heizelemente mit reduzierter Oberfläche zu verwenden, um einen größeren Druck auf die Holzlagen zu erzeugen. Für eine korrekte Übertragung des Drucks ist es jedoch erfor­ derlich, daß das der flexiblen Matte 8 benachbarte obere thermostatische Heizelement im wesentlichen die gleiche Ausdehnung hat wie die Platte und genügend starr ist. An­ dernfalls muß eine unverformbare Platte aus vorzugsweise wärmeisolierendem Material zwischen dem oberen Heizelement und der flexiblen Matte 8 angeordnet werden. Die Oberfläche dieser starren Platte muß im wesentlichen derjenigen der flexiblen Matte 8 entsprechen, um für diese eine Stützflä­ che zu bilden, wenn sie durch die Wirkung des Vakuums in Richtung auf den Innenraum der Zelle bewegt wird.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die vorange­ hend vorgestellten Ausführungsformen beschränkt. Wenn man z. B. das Holz auch in einer zur Bodenwandung 2 orthogonalen Richtung komprimieren will, kann man die Trocknungszelle mit einem zweiten Paar von Wandungen ausstatten, die ähn­ lich ausgebildet sind wie die beschriebene Deckel- bzw. Bo­ denwandung und senkrecht zu diesen verlaufen.

Claims (12)

1. Vakuumtrockner für Schnitthölzer, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Wandung (2) in wenigstens einem Paar von zwei einander gegenüberliegenden Wandungen (2, 20) der zur Auf­ nahme des Holzes dienenden Zelle (1) des Trockners im we­ sentlichen starr und eben ist, während die gegenüberliegen­ de Wandung (20) durch den bei Evakuierung der Zelle (1) von außen wirkenden Druck unter Abdichtung in Richtung auf die starre Wandung (2) derart bewegbar ist, daß sie das Holz fest gegen die ebene Wandung (2) preßt.

2. Vakuumtrockner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der starren und ebenen Wandung (2) gegenüberliegen­ de Wandung eine starre Platte (20) ist, die im Innern der Ladeöffnung der Zelle (1) des Trockners verschiebbar und längs ihres Umfangs mit hermetischen Dichtungsmitteln (21) versehen ist, die bei Evakuierung der Zelle (1) eine Ver­ schiebung der Platte (20) in Richtung auf die gegenüberlie­ gende Wandung (2) ermöglichen.

3. Vakuumtrockner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Platte (20) eine den Wandungen der Öffnung der Zelle (1) zugewandte Umfangsnut (22) besitzt, in der sich eine Dichtung (21) befindet.

4. Vakuumtrockner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Platte (25) sich in einem sie umgebenden Rahmen (6) befindet, mit dem zusammen sie den Verschluß­ deckel (5) für die Ladeöffnung der Zelle (1) bildet, und daß der Außenrand der Platte (25) mit dem Rahmen (6) über eine ringförmige flache Dichtung (26) aus elastomerem Material dicht verbunden ist, die unter der Wirkung des Unterdrucks eine Verschiebung der Platte (25) in Richtung auf die gegenüberliegende Wandung (2) ermöglicht.

5. Vakuumtrockner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der starren und ebenen Wandung (2) gegenüberliegen­ de Wandung eine Matte (8) aus elastomerem Material ist, die längs ihres Umfangs dicht mit einer starren Struktur der Zelle (1) des Trockners verbunden ist.

6. Vakuumtrockner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Struktur, an der die Matte (8) aus elastome­ rem Material zusammen mit dieser einen abnehmbaren Deckel für die Zelle (1) des Trockners bildet.

7. Vakuumtrockner nach Anspruch 1 mit flachen Heizelemen­ ten, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der flachen Heizelemente (14) kleiner ist als diejenige der verschieb­ baren Wandung (20, 25, 8).

8. Vakuumtrockner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Oberflächen der Heizelemente zu derjenigen der verschiebbaren Wandung 1 : 2 beträgt.

9. Vakuumtrockner nach Anspruch 5 mit flachen Heizelemen­ ten, dadurch gekennzeichnet, daß alle Heizelemente eine Oberfläche haben, die kleiner ist als diejenige der Matte aus elastomerem Material, daß eine vorzugsweise aus wärme­ isolierendem Material bestehende unverformbare Platte vor­ gesehen ist, deren Oberfläche im wesentlichen gleich der­ jenigen der Matte ist, und daß diese unverformbare Platte zwischen der Matte und dem oberen Heizelement angeordnet ist.

10. Vakuumtrockner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das der Matte aus elastomerem Material benachbarte fla­ che Heizelement eine Oberfläche besitzt, die im wesentli­ chen gleich derjenigen der Matte ist, während die anderen Heizelemente eine kleinere Oberfläche haben.

11. Vakuumtrockner nach Anspruch 1 ohne flache Heizelemen­ te, dadurch gekennzeichnet, daß Metallplatten vorgesehen sind, die bei dem Einbringen des Holzes in die Zelle des Trockners derart zwischen aufeinanderfolgenden Holzschichten angeordnet werden, daß sie mit diesen in Kontakt stehen.

12. Vakuumtrockner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Paar einander gegenüberliegender Wandungen vorgesehen ist, die ähnlich ausgebildet sind wie die ge­ nannten Wandungen und orthogonal zu diesen angeordnet sind.