DE3630743A1 - Verfahren und vorrichtung zur salzimpraegnierung von holz - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Salzimprägnierung von Holz, bei dem dieses mit einer Salzlösung getränkt und dann zur Durchführung einer Fixierung einer Wasserdampfatmosphäre ausgesetzt wird.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt und wird indu­ striell eingesetzt. In der Regel wird das zu behandeln­ de Holz vor dem Imprägnierschritt einer Trocknung un­ terzogen oder - je nach den jeweiligen Bedürfnissen - unterschiedlich lang gelagert und schließlich in eine Salzimprägnieranlage eingeführt, in der es mit einer Salzlösung getränkt wird. Hierbei läuft nach dem Imprägnieren eine Reaktion zwischen dem zugesetzten Salz und den einzelnen Zellen des Holzes ab, die bei Raum­ temperatur etwa 4-6 Wochen dauert und somit nach dem Imprägnierschritt eine derartige Lagerung des Holzes vor seiner weiteren Verwendung erforderlich macht. Zur Beschleunigung dieser Reaktion führt man neuerdings einen Fixierschritt durch, wobei man das imprägnierte Holz mit Wärmeenergie beaufschlagt. Dies wurde in der Vergangenheit mit Heißluft durchgeführt, was jedoch den Nachteil eines Austrocknens des Holzes mit sich bringt. In neuerer Zeit hat man daher zu diesem Zweck Wasserdampf eingesetzt.

Bei der Durchführung eines solchen Verfahrens, bei dem zum Fixieren das Holz einer Wasserdampfatmosphäre aus­ gesetzt wird, hat man bislang das Holz in eine einfa­ che, mit Wasserdampf gefüllte Kammer einge­ führt und dann in dieser Kammer über eine bestimmte Zeitdauer belassen, um den entsprechenden Fixiereffekt zu erzielen. Übliche Fixierzeiten lagen hierbei im Bereich von 1,5-3 h. Mit diesem bekannten Ver­ fahren konnte eine qualitativ recht gute Fixierung in­ nerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne erreicht wer­ den.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren der angegebenen Art zu schaffen, mit dem sich ei­ ne besonders gute, insbesondere gleichmäßige, Fixie­ rung erreichen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß das Holz einer sich bewegenden Wasserdampfatmosphäre aus­ gesetzt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine beson­ ders gute und gleichmäßige Fixierung erreicht. Dieser Effekt wird darauf zurückgeführt, daß durch die beweg­ te Dampfatmosphäre eine bessere Wärmeübertragung zwi­ schen der Atmosphäre und dem Holz stattfindet als dies bei einer statischen Atmosphäre der Fall ist. Offen­ sichtlich wird durch die bewegte Atmosphäre permanent neuer Dampf an die Holzoberfläche herangeführt, so daß eine bessere und gleichmäßigere Aufheizung des Holzes und somit eine qualitativ bessere Fixierung erreicht wird. Die sich bei einer statischen Dampfatmosphäre aufbauende, das Holz umgebende Dampfschicht, die nur einen begrenzten Wärmeübergang auf das Holz ermöglicht, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren permanent auf­ gerissen bzw. der Aufbau einer derartigen permanenten Grenzschicht wird von vornherein verhindert. Wie er­ wähnt, kann hierdurch immer eine neue Grenzschicht zwi­ schen dem Holz und der Dampfatmosphäre aufgebaut wer­ den, deren Wärmeinhalt wesentlich größer ist als in dem vorstehend erwähnten statischen Fall.

Durch das Bewegen der Wasserdampfatmosphäre wird fer­ ner erreicht, daß der Dampf in besonders guter und gleichmäßiger Weise in die Holzoberfläche eindringen kann, so daß nicht nur über die Holzcharge gesehen, sondern auch über den Querschnitt des Holzes gesehen eine qualitativ hochwertige und tiefgehende Fixierung er­ reicht wird.

Die erfindungsgemäß erzeugte Strömungsgeschwindigkeit der Wasserdampfatmosphäre ist nicht besonders kritisch. Es versteht sich jedoch, daß durch die herbeigeführte Bewegung eine gewisse Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden muß, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Ei­ ne verschwindend geringe Dampfbewegung macht sich na­ turgemäß kaum bemerkbar.

Zur Erzeugung der Bewegung der Wasserdampfatmosphäre werden erfindungsgemäß verschiedene Möglichkeiten vor­ geschlagen. Bei einer ersten und wichtigsten Ausfüh­ rungsform wird die Bewegung der Wasserdampfatmosphäre durch Umwälzen derselben innerhalb einer Holzaufnahme­ kammer erzeugt. Diese Ausführungsform ist in bezug auf den Energieverbrauch besonders günstig, da hierbei kaum Dampf verloren geht und durch das Umwälzen ein beson­ ders guter Austausch der Grenzschicht zwischen dem Holz und der Dampfatmosphäre und somit ein ausgezeichneter Wärmeübergang sichergestellt wird. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah­ rens ist ein gewisser zusätzlicher Aufwand zur Instal­ lation einer Umwälzeinrichtung erforderlich; die­ ser Aufwand ist jedoch im Vergleich zu den erreichten Vorteilen in bezug auf eine qualitativ bessere Fixie­ rung sowie eine verkürzte Fixierzeit von untergeordneter Bedeutung.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Variante zur Er­ zeugung der Bewegung der Wasserdampfatmosphäre wird die Bewegung durch Abziehen der Atmosphäre aus einer Holzaufnahmekammer erzeugt. Diese Methode ist von der Installationsseite her gesehen kostengünstig, hat je­ doch den Nachteil, daß permanent Dampf durch das Ab­ ziehen aus der Kammer verloren geht und ersetzt werden muß. Der Dampf kann beispiels­ weise einfach dadurch abgezogen werden, daß entspre­ chende Entlüftungsventile geöffnet werden. Eine weite­ re Möglichkeit besteht darin, den Dampf mit Hilfe ei­ ner Vakuumpumpe abzuziehen. Die beiden letztgenannten Methoden des Abziehens der Dampfatmosphäre sind der vorstehend beschriebenen Umwälzmethode auch insofern unterlegen, als daß hierbei die entsprechende Regelung schwerer durchzuführen und im Ergebnis ungenauer ist.

Versuche, bei denen einerseits mit einer statischen Wasserdampfatmosphäre und andererseits mit einer dyna­ mischen Atmosphäre (Umwälzung des Dampfes) gearbeitet wurde, haben gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfah­ ren dem entsprechenden Verfahren des Standes der Tech­ nik, bei dem mit einer statischen Dampfatmosphäre ge­ arbeitet wird, überlegen ist. Bei diesen Versuchen wur­ den die Temperaturen am und im Holz gemessen, wobei sich ergab, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei gleicher Dampftemperatur am und im Holz deutlich höhere Temperaturwerte er­ zielt werden konnten als mit dem Verfahren des Standes der Technik.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit Sattdampf gearbeitet, um keinerlei Trocknungseffekte im Holz zu erzielen.

Eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß das Holz der Wasserdampfatmosphäre in einer luftdicht abgeschlosse­ nen Holzaufnahmekammer ausgesetzt wird und daß die Holz­ aufnahmekammer vor dem Bewegen der Wasserdampfatmosphä­ re entlüftet wird. Durch den Entlüftungsschritt soll soweit wie möglich Luft aus der Kammer ausgetrieben werden, um den Luftanteil in der Wasserdampfatmosphäre möglichst gering zu halten. Es wird dabei beispielswei­ se so vorgegangen, daß bis zu einer bestimmten Tempe­ ratur (beispielsweise 80°C) im Inneren der Holzaufnah­ mekammer entlüftet wird, wonach die Entlüftung ge­ stoppt und die Dampfatmosphäre umgewälzt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung betrifft ferner eine Vor­ richtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens mit einer Kammer mit einer verschließ­ baren Holzein- und -ausführöffnung und einer verschließ­ baren Wasserdampfein- und -auslaßöffnung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kammer mit einem Ventilator, einer Vakuumpumpe und/oder mindestens einem Entspannungsventil zur Erzeugung der Bewegung der Was­ serdampfatmosphäre versehen ist.

Die erfindungsgemäße Lösung kann somit bei einer her­ kömmlich ausgebildeten Trocknungskammer verwirklicht werden, indem diese Trocknungskammer mit der entspre­ chenden Einrichtung zur Erzeugung der Wasserdampfbe­ wegung versehen wird. Solche Trocknungskammern sind in der Regel nicht ganz dicht, so daß immer etwas Dampf in die Atmosphäre entweicht. Es treten somit Energie­ verluste auf.

Zur Vermeidung dieser Verluste schlägt die Erfindung gemäß einer anderen Variante vor, die Kam­ mer als luftdicht verschließbaren Kessel auszubilden. Da ein solcher Kessel im Betrieb der Anlage luftdicht verschlossen werden kann, entweicht während des Fixier­ vorganges kein Dampf in ungesteuerter Weise, so daß die im Kessel vorhandene Wasserdampfatmosphäre gezielt ei­ ner Bewegung ausgesetzt werden kann. Wie eingangs er­ wähnt, kann dies entweder durch Abziehen der Dampfat­ mosphäre über entsprechende Entlüftungs- oder Entspan­ nungsventile bzw. eine Vakuumpumpe oder durch Umwälzen der Gasatmosphäre innerhalb des Kessels erfolgen. Die zweite Methode wird dabei aus Gründen der Energieaus­ nutzung bevorzugt.

Um eine Umwälzung der Dampfatmosphäre innerhalb des Kessels zu ermöglichen, ist bei einer speziellen Aus­ führungsform der Erfindung der Ventilator außerhalb des Kessels in einem einer Dampfaustrittsöffnung zu­ geordneten geschlossenen Gehäuse angeordnet. Der Ven­ tilator saugt hierbei Wasserdampf aus dem Kessel an und führt diesen in einen sich auf der Kesseloberflä­ che erstreckenden Umlenkkanal ein, über den der Was­ serdampf an einer anderen Stelle wieder in den Kessel geleitet wird. Bei dieser Ausführungsform erfolgt somit eine Umwälzung des Dampfes in einem Kreislauf, der zum Teil außerhalb des eigentlichen Kessels angeordnet ist. Der Dampf wird dabei an einer von der Austrittsstelle möglichst weit entfernten Stelle wieder in den Kessel eingespeist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der vollständige Kesselinnenraum zur Aufnahme des zu bearbeitenden Holzes und der Wasserdampfatmosphäre zur Verfügung steht und daß die Umwälzung der Dampfatmos­ phäre über einen relativ großen Kreislauf erfolgt.

Zweckmäßigerweise ist der Ventilator hierbei an einem Längsende des Kessels an dessen Oberseite angeordnet. Er saugt den Dampf aus dem Kesselinneren an und über­ führt diesen in einen sich auf der Kesseloberfläche nach unten erstreckenden ringförmigen Kanal. Dieser Kanal geht an seinen beiden Enden jeweils in einen zum anderen Kessellängsende führenden Längskanal über, de­ ren Enden am anderen Kesselende in Dampfeintrittsöff­ nungen des Kessels münden. Somit wird bei dieser Aus­ führungsform der Dampf an einem Kessellängsende aus dem Kessel herausgeführt und am anderen Kessellängs­ ende wieder in diesen eingespeist. Die Längskanäle sind etwa in Höhe der Kesselachse, der als Zylinderkörper ausgebildet ist, angeordnet.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform besitzt den weiteren Vorteil, daß hierbei beide Kesselstirnseiten zugänglich sein können, da durch die Anbringung von Ventilatoren und Kanälen keinerlei diesbezügliche Be­ hinderung auftritt. So kann beispielsweise jede Stirn­ seite des Kessels mit einem Schnellverschluß versehen sein.

Bei einer Alternative zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Ventilator etwa in der Längs­ mitte des Kessels angeordnet, so daß hierbei die Was­ serdampfatmosphäre von der Mitte ausgehend zu beiden Längsenden des Kessels hin umgelenkt wird. Im übrigen kann diese Ausführungsform entsprechend wie die vor­ stehend beschriebene Ausführungsform ausgebildet sein, wobei die Längskanäle entsprechend verkürzt sind. Es ergeben sich somit hier vier Kreisläufe, von denen je­ weils zwei von der Längsmitte des Kessels aus zu einem entsprechenden Kesselende führen. Es versteht sich, daß bei dieser Ausführungsform die Umwälzstrecken geringer sind als bei der vorstehend beschriebenen Ausführungs­ form, wobei jedoch, wenn man gleiche Querschnitte zu­ grundelegt, größere Dampfmengen in der Zeiteinheit um­ gewälzt werden können.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung wird nach­ folgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Aus­ führungsbeispiels einer erfindungsgemäß aus­ gebildeten Vorrichtung;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch den in Fig. 2 gezeigten Teil der Vorrichtung; und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt einen luftdicht verschließbaren Kessel, der an beiden Stirnseiten mit Schnellverschlüssen zum Beschicken bzw. zur Entnahme des zu behandelnden Hol­ zes versehen ist. Die Verschlüsse sind in der Figur nicht gesondert dargestellt, da sie für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung sind. Das zu behandeln­ de Holz kann beispielsweise auf auf Schienen fahrenden Wagen in den als liegender Zylinder ausgebildeten Fix­ ierkessel 1 eingefahren und nach Beendigung des Fixier­ schrittes wieder herausgefahren werden.

Wie Fig. 1 desweiteren zeigt, befindet sich benachbart zu einem Längsende des Kessels 1 an dessen Oberseite ein Gehäuse 5, das zur Aufnahme eines Ventilators dient. Der Ventilator wird über einen Motor angetrieben, der bei 2 dargestellt ist. Der Ventilator befindet sich so­ mit außerhalb des eigentlichen Kessels und saugt die im Inneren des Kessels befindliche Wasserdampfatmosphäre über eine entsprechende, in der Kesselwandung angeord­ nete Dampfaustrittsöffnung an.

Wie vorstehend erwähnt, wird zur Fixierung des im Kes­ sel befindlichen Holzes in demselben eine sich bewe­ gende Wasserdampfatmosphäre aufrechterhalten. Diese Atmosphäre wird dadurch hergestellt, daß Dampf über eine Dampfeintrittsöffnung (nicht gezeigt) in den Kes­ sel eingeführt und dort mit Hilfe des Ventilators umge­ wälzt wird. Beispielsweise kann der Kessel vor seinem Gebrauch, wenn er mit der Dampfatmosphäre gefüllt wird, über ein nicht gezeigtes Entspannungsventil entlüftet werden, um den Luftanteil im Kessel herabzusetzen. Bei Erreichen einer bestimmten Kesseltemperatur wird das Entspannungsventil geschlossen, wonach die Umwäl­ zung der Dampfatmosphäre im Kessel weiterläuft.

Die über den Ventilator aus dem Kesselinneren in das Gehäuse 5 angesaugte Dampfatmosphäre wird in einen ring­ förmigen Kanal 3 umgelenkt, der sich auf der Kesselober­ fläche von dessen Oberseite beidseitig nach unten etwa bis zur Kesselachse erstreckt. Die unteren Enden des ringförmigen Kanals 3 stehen mit Längskanälen 4 zu bei­ den Seiten des Kessels in Verbindung, die sich in Längs­ richtung etwa bis zum gegenüberliegenden Kesselende er­ strecken. Im Bereich der gegenüberliegenden Enden der Längskanäle 4 sind schlitzähnliche Dampfeintrittsöff­ nungen 6 angeordnet, über die der über die Kanäle 3, 4 umgelenkte Dampf wieder in das Kesselinnere zurück­ geführt wird. Es erfolgt somit eine Umwälzung der Dampf­ atmosphäre über das Kesselinnere, das Ventilatorgehäu­ se 5, den ringförmigen Kanal 3, den Längskanal 4 und die Dampfeintrittsöffnungen 6 wieder in den Kessel zu­ rück. Es entstehen zwei Kreisläufe jeweils über einen Kanal 4.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1. Man erkennt hierbei das außerhalb des Kesselgehäu­ ses im Gehäuse 5 angeordnete Ventilatorlaufrad 7, das über den Motor 2 angetrieben wird. Die Umlenkung des vom Laufrad 7 angesaugten Dampfes erfolgt über die Ka­ näle 3 und 4 bis zum anderen Kesselende.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den Kessel der Fig. 1 und 2 entlang der Ventilatorachse. Hierbei sind die ringförmigen Kanäle 3 zu erkennen, die sich vom Gehäuse 5 aus zu beiden Seiten des Kessels abwärts erstrecken und in die horizontal verlaufenden Längs­ kanäle 4 münden. Im unteren Teil des Kessels ist ein auf Schienen laufender Wagen 8 zur Beförderung des zu behandelnden Holzes angedeutet.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ebenfalls ein liegender Kessel vorgesehen, wobei hierbei jedoch nur ein stirnseitiger Kesselverschluß angeordnet ist, da die andere Stirnseite des Kessels zur Anbringung eines Ventilators 2 dient. Wie man der Figur entnehmen kann, ist das Laufrad 7 des Ventila­ tors bei dieser Ausführungsform somit innerhalb des Kesselgehäuses angeordnet. Im Kesselgehäuse befindet sich ein Beschickungsraum, der von der mit dem Ver­ schluß versehenen Seite des Kessels zugänglich ist. Der Beschickungsraum ist kammerartig ausgebildet, so daß zwischen seiner Begrenzungswand und dem Kesselge­ häuse Dampfführungskanäle gebildet werden, durch die der Ventilator den durch den Beschickungsraum angesaug­ ten Dampf zu dem mit dem Verschluß versehenen Kessel­ ende drückt. Um den Dampf aus dem Beschickungsraum an­ saugen zu können, ist der Beschickungsraum am ventila­ torseitigen Ende konisch ausgebildet und mit einer Dampfaustrittsöffnung versehen, der das Laufrad des Ventilators zugeordnet ist.

Claims (13)

1. Verfahren zur Salzimprägnierung von Holz, bei dem dieses mit einer Salzlösung getränkt und dann zur Durchführung einer Fixierung einer Wasserdampfatmos­ phäre ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz einer sich bewegenden Wasserdampfatmosphäre ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Wasserdampfatmosphäre durch Um­ wälzen derselben innerhalb einer Holzaufnahmekammer erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Wasserdampfatmosphäre durch Ab­ ziehen derselben aus einer Holzaufnahmekammer erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit Sattdampf gearbeitet wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz der Wasserdampf­ atmosphäre in einer luftdicht abgeschlossenen Holzauf­ nahmekammer ausgesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Holzaufnahmekammer vor dem Be­ wegen der Wasserdampfatmosphäre entlüftet wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Kammer mit einer verschließbaren Holzein- und -ausführ­ öffnung und einer verschließbaren Wasserdampfein- und -auslaßöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer mit einem Ventilator (2, 7), einer Vakuum­ pumpe und/oder mindestens einem Entspannungsventil zur Erzeugung der Bewegung der Wasserdampfatmosphäre ver­ sehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer als luftdicht verschließbarer Kessel (1) ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator (2, 7) außerhalb der Kammer (1) in einem einer Dampfaustrittsöffnung zugeordneten geschlos­ senen Gehäuse (5) angeordnet ist und den aus der Kam­ mer gesaugten Wasserdampf in einen sich auf der Kammer­ oberfläche erstreckenden Umlenkkanal (3, 4) überführt, über den der Wasserdampf an einer anderen Stelle wie­ der in die Kammer geleitet wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator (2, 7) an einem Längsende der Kam­ mer (1) an deren Oberseite angeordnet ist, daß an das Ventilatorgehäuse (5) ein sich auf der Kammeroberfläche nach unten erstreckender ringförmiger Kanal (3) ange­ schlossen ist und daß die beiden Enden des ringförmi­ gen Kanales (3) in zwei auf der Kammeroberfläche ange­ ordnete, zum anderen Kammerlängsende führende Längska­ näle (4) übergehen, deren Enden am anderen Kammerende in Dampfeintrittsöffnungen (6) der Kammer münden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kammer einen in Längsmitte angeordne­ ten Ventilator aufweist und daß von dem zugeordneten ring­ förmigen Kanal jeweils zwei Längskanäle ausgehen, die sich in Richtung auf die beiden Kammerlängsenden er­ strecken.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilator (2, 7) innerhalb der Kam­ mer an einem stirnseitigen Ende derselben angeordnet ist und daß innerhalb der Kammer ein Beschickungsraum für das zu behandelnde Holz vorgesehen ist, derart, daß zwischen der Kammerwand und der Wand des Beschic­ kungsraumes Dampfführungskanäle gebildet werden, die sich vom ventilatorseitigen Ende der Kammer bis zum gegenüberliegenden Ende derselben erstrecken.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der Beschickungsraum am ventilatorseitigen Ende konisch ausgebildet ist und dort eine zentrische Dampfaustrittsöffnung aufweist, der das Ventilatorlauf­ rad (7) zugeordnet ist.