-
Technisches
Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Behandeln eines oder mehrerer Holzelemente mittels
isostatischer Druckbeaufschlagung, dabei wird das Holzelement in
einem Bett eines Druckmediums angeordnet und das Druckmedium wird
mit Druck beaufschlagt, wobei das Druckmedium somit den Druck auf
das Holzelement überträgt.
-
Das Verfahren ist zum Trocknen von
Holz mit einem hohen Feuchtigkeitsgehalt gut geeignet. Das Verfahren
ist insbesondere zum Trocknen mit einer nachfolgenden Imprägnierung
von Holzarten gut geeignet, die sonst schwer zu imprägnieren
sind, wie beispielsweise Fichtenholz.
-
Stand der
Technik und Probleme
-
Es ist seit längerem bekannt, die Eigenschaften
von Holzprodukten mittels Druckbehandlung zu verändern. Die Druckbehandlung
wird beispielsweise zum Zusammendrükken und Härten von Holz verwendet. Eine
dieser Behandlungen ist in der GB 107 792 offenbart. In diesem Zusammenhang
wurden insbesondere gute Resultate mittels Behandlung durch Einrichtungen
von isostatischer Druckbeaufschlagung auf die Holzelemente erreicht.
Bei einem vorher bekannten Verfahren sind die zu behandelnden Holzelemente
um ein Druckmedium in einer Kompressionskammer platziert. Das Druckmedium weist
eine Vielzahl von angepassten Gummielementen, die beispielsweise
als Welle, verlängerte
Streifen oder Würfel
geformt sind, auf. Das Druckmedium wird in der Druckkammer von einem
arbeitenden Fluid, beispielsweise einem hydraulischen Öl mittels
einer elastischen Membran begrenzt. Durch Druckbeaufschlagung des
arbeitenden Fluids mittels hydraulischen Pumpeneinrichtungen, wird
der aufgebaute Druck auf das Druckmedium übertragen. Das Druckmedium
bildet sich um die Holzelemente und schafft ein gleichmäßiges Zusammendrücken darauf.
Dieses resultiert in einer permanenten Kompression und einer Härtung der
Holzelemente.
-
Ein Nachteil des Standes der Technik
ist, dass die Flüssigkeit
und der Feuchtigkeitsgehalt der Holzelemente vor der Druckbehandlung
auf ein akzeptables Niveau für
die Druckbehandlung reduziert werden muss. Der Grund dafür ist, dass
die inkompressierbare Flüssigkeit
während
der Druckbeaufschlagung im Holzelement enthalten ist, wodurch das Zusammendrücken des
Holzelementes nicht möglich ist.
Somit ist es nicht möglich
gewesen, frisch geschnittenes Holz oder andere Holzprodukte mit
einem zu hohen Feuchtigkeitsgehalt mit Druck zu behandeln.
-
Ein eng verwandtes Problem ist, dass
mit der vorher bekannten Technik, es nicht möglich gewesen ist, die Druckbehandlung
für den
alleinigen Zweck des Trocknens der Holzelemente zu gebrauchen. Um den
Feuchtigkeitsgehalt von Holzprodukten zu reduzieren, war es bisher
nötig,
die traditionellen Verfahren zu verwenden, die auf Erwärmung und/oder Lufttrocknung
mittels Ventilatoreneinrichtungen basierten. Diese Verfahren jedoch
verbrauchen relativ viel Zeit und verursachen deshalb hohe Kosten.
-
Ein anderes und vielleicht sogar
weitaus ernsteres Problem, das eine Konsequenz der traditionellen
Trocknungsverfahren ist, betrifft die nachfolgende Imprägnierung
der getrockneten Holzprodukte. Dies bringt oft ernste Probleme mit
sich, da es schwierig ist, das imprägnierende Mittel zu veranlassen,
ausreichend tief in das Holz einzudringen. Die Imprägnierung
von Holzprodukten, wie beispielsweise geschnittenem Holz, ist oft
wünschenswert.
Die Imprägnierung
hat zum Ziel die Widerstandsfähigkeit von
Holzprodukten bei bestimmten Prozessen zu erhöhen, wie beispielsweise bakteriellem
Befall oder Pilzbefall, die eine Zersetzung im Holz veranlaßen. Gewöhnlich ist
das Konservierungsmittel in einer Flüssigkeit aufgelöst, das
mittels Einrichtungen verschiedener Verfahren dazu gebracht wird,
in das Holz einzudringen. Die Eindringung kann beispielsweise mittels
Einweichens der Holzprodukte oder mittels Eintreibens der imprägnierenden
Flüssigkeit
mittels Einrichtungen eines Überdrucks
erreicht werden. Im letzteren Fall wird die Imprägnierung gewöhnlich mittels
Vakuumbehandlung der Holzprodukte vorgenommen.
-
Die Eindringung der Flüssigkeit
in das Holz kann entweder mittels Diffusion oder eines Flusses stattfinden.
Im Falle einer Diffusion dringt die Flüssigkeit sehr langsam in das
Holz mittels Einrichtungen der imprägnierenden Lösungskonzentration
ein. Auf der andern Seite kann im Falle der Eindringung mittels
eines Flusses die Flüssigkeit
ziemlich schnell in das Holz mittels Gebrauch von im Holz vorhandenen Fasern
und Poren eindringen. Während
der Imprägnierung
wird eine Fluss-Eindringung statt einer Diffusions-Eindringung wegen
des höheren
Eindringungsgrads bevorzugt.
-
Im Nadelholz besteht mehr als 90%
des Holzes aus Holzfasern, so genannten "Tracheiden". Beim lebenden Baum ist deren Zweck,
unter anderen Dingen, die Flüssigkeit
zuleiten. Die Tracheiden bestehen aus etwa 3 mm langen, verlängerten
hohlen Fasern. Sie sind im Wesentlichen parallel zu der longitudinalen
Richtung des Baumes und zueinander angeordnet und sind gegenseitig
axial versetzt. Die Flüssigkeit
kann von einer Tracheide zu einer Angrenzenden über so genannte Poren transportiert werden.
Die Poren, die aus verschiedenen Arten sein können, beispielsweise ringförmigen Poren
oder einfachen Poren, bilden Öffnungen
in der Tracheidenwand. Die Poren umfassen gewöhnlich einige Typen von schließenden Gliedern,
eine so genannte Porenmembran. Da die Porenmembranen die Poren öffnen und
schließen,
wird der Flüssigkeit
jeweils gestattet bzw. wird sie gehindert von einer Tracheide zu
einer Anderen zu passieren.
-
Während
der Imprägnierung
des geschnittenen Holzes dringt die Flüssigkeit sehr schnell vom Oberflächenende
der Holzelemente ein. Die longitudinalen Tracheiden sind dort aufgeschnitten
und die Flüssigkeit
tritt leicht ein. Um der Flüssigkeit
zu gestatten, in das Holz von einer Tracheide zu einer Anderen durchzufließen, müssen die
Poren offen sein. Früher
oder später
trifft die Flüssigkeit
auf eine Tracheide, bei der alle Poren geschlossen sind und die Eindringung
deshalb stoppt.
-
Es wurde bewiesen, dass die traditionelle Trocknung
von Nadelholz ein Schließen
der Poren veranlaßt.
Wenn das Holz trocknet, wird die Porenmembran von einer zentralen
Position verschoben und schließt
die Porenöffnung.
Was die Membran zum Bewegen veranlaßt, sind Kapillarkräfte im Wasser,
das weggetrocknet ist. Wenn die Membran die Porenöffnung blockiert
hat, ist es unmöglich,
die Membran zu bewegen, sogar wenn das Holz sehr hohem Druck ausgesetzt
wird. Dies liegt wahrscheinlich wegen der Membranverklebung an der
Porenwand vor und der Tatsache, dass eine Verbindung in Form von
Wasserstoffbrücken
dazwischen auftritt.
-
Die obige Argumentation ist eine
Erklärung, warum
nach der traditionellen Trocknung von weichem Holz es so schwierig
ist, eine imprägnierende Flüssigkeit
zu veranlassen, ausreichend tief in das Holz einzudringen. Ferner
ist es seit langer Zeit bekannt, das es erheblich viel schwieriger
ist, Fichtenholz als Kiefernholz zu imprägnieren. Dies folgt unter anderen
Dingen aus der Tatsache, dass eine größere Anzahl von Poren sich
während
der Trocknung bei Fichtenholz eher als bei Kiefernholz schließen und
da Kiefernholz weniger und kleinere Poren aufweist.
-
Ein besonderes Problem bei vorher
bekannten Trocknungsverfahren ist somit, dass sie die nachfolgende
Trocknung des Holzes erheblich viel schwieriger machen. Dies ist
insbesondere für
bestimmte Arten von Holz, wie beispielsweise Fichtenholz, richtig.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist, ein Verfahren zum Behandeln von Holz zu schaffen, das eine
Druckbehandlung erlaubt, die zur Trocknung des Holzes verwendet
wird und welche eine erheblich vereinfachte Imprägnierung des getrockneten Holzes
möglich
macht.
-
Die Lösung
-
Die vorstehend genannte Aufgabe wird
nach der Erfindung mit einem Verfahren der in der Einleitung der
Beschreibung genannten Art erreicht und das dadurch gekennzeichnet
ist, dass das Holzelement (4) eine Flüssigkeit aufweist, die während des Zusammendrückens mittels
der Tatsache ausgetrieben wird, dass das Druckmedium eine Vielzahl
von Festkörpern
(8a) mit Zwischenräumen
(8b) umfasst, wodurch die Festkörper den Druck auf das Holzelement
so übertragen,
dass ein Druckunterschied zwischen dem Holzelement und den erwähnten Zwischenräumen entsteht,
wenn das Druckmedium gedrückt
wird, wobei der Druckunterschied die Flüssigkeit aus dem Holzelement
in die Zwischenräume drückt, und
das Holzelement, während
der Druckentlastung, auf im Wesentlichen seine Originalform ausgedehnt
wird.
-
Da das Druckmedium Festkörper aufweist, wird
sichergestellt, dass die Zwischenräume zwischen den Körpern beibehalten
werden, also während
der Druckbeaufschlagung des Druckmediums. Dieses ermöglicht die
Druckdifferenz, die notwendig ist, um die Flüssigkeit während des Zusammendrückens des
Holzelements herauszudrücken.
Das erfindungsgemäße Verfahren
erlaubt somit, Holzelemente mittels Einrichtungen einer Druckbehandlung zu
trocknen. Solches druckbeaufschlagtes Trocknen ist signifikant schneller
als die Trocknungsverfahren des Standes der Technik. Das Trocknen
von frisch geschnittenem Holz auf einen Feuchtigkeitsgehalt von
etwa 30%, das vorher zum Beispiel in einem Trocknungsofen bis zu
24 Stunden dauerte, kann in weniger als zwei Minuten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
ausgeführt
werden.
-
Der erhöhte Druck, der während der
Kompressionsphase erreicht wird, kann im Druckmedium und im Holzelement
während
einer genau vorherbestimmten Haltezeit vor dem Beginn der Druckentlastungsphase
beibehalten werden. Auf diese Weise, wird sichergestellt, dass die
gewünschte
Menge der Flüssigkeit
Zeit hat, aus dem Holzelement auszutreten.
-
Die im Druckmedium eingeschlossenen Festkörper können aus
einer großen
Anzahl von verschiedenen Materialien bestehen, und sie können verschiedene
Härten
aufweisen, abhängig
unter welchen Maximaldrücken
sie verwendet werden. Einige Materialien, die geprüft wurden,
um insbesondere geeignet zu sein, sind Polymere, Sand, Glas, Edelstahl,
Bronze und Aluminiumoxid. Bei diesen Verfahrensanwendungen, bei
denen nur geringere Drücke gebraucht
werden, können
die Festkörper
eine Härte gemäß dem internationalen
IRH-Maßstab
von IRH Shore A 95° oder
mehr aufweisen. Wenn höhere
Drücke
verwendet werden, sollte die Härte
vorzugsweise IRH Shore D 80° überschreiten.
In diesem Zusammenhang sollte bemerkt werden, dass der IRH Shore D-Maßstab ein
höheres
Härte-Intervall
darstellt, als der IRH Shore A-Maßstab.
-
Ferner können die Festkörper eine
unendliche Anzahl von geometrischen Formen aufweisen. Sie können komplett
asymmetrisch und gegenseitig verschieden sein, was zum Beispiel
der Fall bei Sandkörnern
ist, aber sie können
auch symmetrisch und identisch beispielsweise als Stahlkugeln sein. Die
Größe der Festkörper ist
wichtig für
das Ergebnis. Zu große
Körper
verursachen sichtbare Eindrücke
auf der Holzelementoberfläche
wohingegen zu kleine Körper
oder Körner
das Ausströmen
und das Entfernen der Flüssigkeit
zwischen den Zwischenräumen
und vom Holzelement schwierig machen. Versuche haben gezeigt, dass
Festkörper
mit einem Durchmesser oder einer Siebgröße kleiner als 10 mm geeignet
sind. Insbesondere wurden günstige
Ergebnisse erhalten, wenn die Körnergröße zwischen
0,1 und 5 mm ist.
-
Die Tatsache, dass die Holzelemente
während
der Entspannungsphase ihre Originalform wiederherstellen, bringt
in diesem Zusammenhang einige Vorteile. Einerseites werden, in vielerlei
Hinsicht, die gleichen Eigenschaften wie traditionell getrocknetes
Holz auf die Holzelemente übertragen.
Zum Beispiel weist nach der Erfindung getrocknetes Holz keinen Unterschied
von anderem Holz aus der Sicht der Festigkeit oder aus Sicht jeder
anderen Bautechnik auf, was es möglich
macht, es als gewöhnliches
Holz ohne weitere Bearbeitung zu verwenden. Andererseits trägt die Ausdehnung
des Holzelements während
der Entlastungsphase dazu bei, eine signifikant einfachere Imprägnierung
des Holzelements möglich zu
machen.
-
Beim Gebrauch des Verfahrens während des Zusammendrückens können ein
beträchtlicher
Teil der Porenmembranen, die im Holzelement vorhanden sind, veranlaßt werden,
aus ihren Poren auszutreten. Die Porenmembrane werden mit Hilfe
der relativ schnell fließenden
Flüssigkeit
weggespült,
die im Holzelement von Beginn an vorhanden war und die während des
Zusammendrückens
herausgepresst wird. Wie aus dem Vorstehenden klar ist, schaffen
die Porenmembrane einen der ernsteren Gründe, die es für traditionell
getrocknetes Holz so schwierig machen, es zu imprägnieren.
Da ein beträchtlicher
Teil der Porenmembrane von den Poren nach der Erfindung entfernt
wird, wird ein erheblicher Teil der Tracheiden, nach der Druckbeaufschlagung, zu
der imprägnierenden
Flüssigkeit
offen liegen. Auf diese Weise wird der Widerstand zur Imprägnierung mittels
Einrichtungen einer fließenden
Flüssigkeit
beträchtlich
reduziert. Die imprägnierende
Flüssigkeit kann
deshalb in einer einfacheren und schnelleren Weise beträchtlich
tiefer in das Holz eindringen, als es früher möglich war. Das Verfahren nach
dieser Ausführungsform
macht einen imprägnierenden
Wirkungsgrad möglich,
der in der gesamten Vergangenheit nicht möglich gewesen war.
-
Ferner kann die Druckanstiegsrate
und der Maximaldruck eingestellt werden, um die Teile der Porenmembrane
zu steuern, die veranlaßt
werden, aus ihren Poren auszutreten. Diese Steuerung macht beispielsweise
die Entfernung eines optimalen Teils der Porenmembrane ohne Beschädigung des
Holz in anderen Hinsichten möglich.
Der Maximaldruck genauso wie die Druckanstiegsrate werden abhängig von
der Holzart und den Holzdimensionen gewählt. Versuche haben gezeigt,
dass Drücke
zwischen 400 und 1500 bar oft geeignet sind. Insbesondere sind günstige Resultate
zwischen 700 und 1100 bar erreicht worden.
-
Noch weitaus wichtiger zum Erhalten
einer gut ausgeglichenen Ausblasung oder Wegspülung der Porenmembrane ist
die Rate, bei welcher der Druck im Druckmedium und dem Holzelement
erhöht wird.
Um so schneller der Druck ansteigt, desto höher ist der Flüssigkeitsfluss
und desto größer ist
der Teil der entfernten Porenmembrane. Jedoch kann ein zu schneller
Druckanstieg die Tracheiden und andere Holzkomponenten beschädigen. Während Tests
wurde nachgewiesen, dass Raten mit einem Druckanstieg zwischen durchschnittlich
von 2 bis 40 bar/Sekunde, vorzugsweise zwischen 10 bis 25 bar/Sekunde
geeignet sind.
-
Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
kann einer imprägnierenden
Flüssigkeit erlaubt
werden, in das Holzelement während
der Entlastung einzudringen. Dies bietet ein Verfahren zum Behandeln
zur Trocknung und Imprägnierung
an, das beträchtlich
schneller und weitaus wirkungsvoller als die Verfahren nach dem
Stand der Technik ist. Das Trocknen und die Imprägnierung, die nach dem Stand
der Technik von einigen Stunden bis zu einigen Tagen in Anspruch
nimmt, wird in gerade ein paar Minuten unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgeführt.
Wenn ein ausreichend großer Teil
der Porenmembrane während
der Flüssigkeitsaustreibung
entfernt wird, bringt die Ausführungsform auch
eine beträchtliche
größere Imprägnierungstiefe und
einen höheren
Imprägnierungswirkungsgrad
mit sich, als es bisher möglich
waren.
-
Ferner kann die imprägnierende
Flüssigkeit auf
die Zwischenräume
im Druckmedium aufgetragen werden, wenn das Druckmedium mit Druck
beaufschlagt wird. Die Imprägnierung
nach dieser Ausführungsform
findet mittels Eintreiben der imprägnierende Flüssigkeit
in das Holzelement, während
der Entlastung des Holzelements, mittels Einrichtungen des Druckunterschieds,
der zwischen den Zwischenräumen
und dem Holzelement während
der Ausdehnung daraus entsteht, statt. Auf diese Weies wird ein einfacher
und effizienter Behandlungszyklus ohne Unterbrechung oder Umladung
erreicht. Zusätzlich wird
die Energie, die für
den Aufbau der Flüssigkeitsaustritts-Druckbeaufschlagung
verwendet wird, auch für
die Imprägnierung
verwendet. Dieses macht das Verfahren erheblich effektiver in Bezug
auf den Stand der Technik, bei welchem die Trocknungsenergie nicht
auf irgendeine Weise während
der Druckimprägnierung
verwendet werden kann.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnung
-
Im Folgenden werden veranschaulichende Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
-
Die 1 ist
ein schematischer Querschnitt durch eine Presse zum Ausführen des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Die 2 ist
ein schematischer longitudinaler stark vergrößerter Schnitt durch einen
Teil eines Holzelementes, wenn es in einem Druckmedium eingebettet
ist, wobei es eine Behandlung nach der Erfindung durchmacht.
-
Die in 1 gezeigte
Presse umfasst eine Druckkammer 1, die mittels einem oberen
Teil 2 und einem unteren Teil 3 definiert ist.
Durch Trennen der zwei Teile 2 und 3 wird die
Druckkammer geöffnet, somit
wird eine Möglichkeit
geschaffen die zu behandelnden Holzelemente 4 einzufügen und
zu entfernen. In der Druckkammer 1 ist ein elastisches
Diaphragma 5 angeordnet. Das Diaphragma 5 ist
am oberen Teil 2 befestigt, so dass es zwischen dem oberen
Teil 2 und dem unteren Teil 3 fixiert ist, wenn die
Druckkammer 1 geschlossen wird und so dass der untere Teil
der Druckkammer offen gelegt ist, wenn die Druckkammer geöffnet ist.
Wenn die Druckkammer 1 geschlossen ist, begrenzt das Diaphragma 5 ein
primäres
Fach 1a und ein sekundäres
Fach 1b. Das primäre
Fach 1a der Druckkammer steht über einen Kanal 6 mit
einer hydraulischen Einheit 7 in Form einer Hochdruckpumpe
in Verbindung.
-
Ferner sind in dem zweiten Fach 1b der Druckkammer 1 zwei
verlängerte
Holzelemente 4 angeordnet. Diese sind in ein Druckmedium 8 eingebettet,
dass die Holzelemente 4 vollständig umgibt. Ein Druckgefäß 9 zum
Speichern und zur Druckbeaufschlagung der imprägnierenden Flüssigkeit
ist außerhalb
der Presse platziert und steht über
ein Imprägnierungsventil 10 mit
den Verteilungsleitungen 11 in Verbindung, die in dem Druckmedium
in dem Hohlraum der Holzelemente angeordnet sind. Das Druckgefäß 9 ist
auch mit einer (nicht gezeigten) Pumpe zur Druckbeaufschlagung der
imprägnierenden
Flüssigkeit
verbunden. Die Verteilungsleitungen 11 sind mit kleinen
(nicht gezeigten) Spritzlöchern
bereitgestellt und erstrecken sich auf zwei Seiten eines jeden Holzelements
im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des Elements. Ebenso sind
in dem sekundä ren
Fach 1b und in dem Hohlraum der Holzelemente 4 einige
Entwässerungsröhren 12 angeordnet
(nur eine Röhre
ist gezeigt). Die Entwässerungsröhren 12 werden
mit (nicht gezeigten) Öffnungen
bereitgestellt und stehen über
ein Entwässerungsventil 13 mit
der Außenseite
der Presse in Verbindung. Sowohl das Imprägnierungsventil 10 als
auch das Entwässerungsventil 13 kann
von außerhalb
der Presse zum Öffnen
und Schließen
gesteuert werden.
-
Der Teil eines longitudinalen, in 2 schematisch gezeigten,
Schnitts eines Holzelements 4 umfasst eine Anzahl von verlängerten
Tracheiden 14. Jede Tracheide umfasst Wände 15, einen inneren Hohlraum 16 und Öffnungen 17 in
den Wänden.
Bei zwei der Öffnungen
oder den Poren 17 ist eine Porenmembran angeordnet. Auf
der linken Seite in der Figur wird angezeigt, dass einige der Tracheiden
am nächsten
zum Ende des Holzelements geschnitten sind und keine Stirnwand aufweisen.
Das Holzelement 4 wird, auf den zwei gezeigten Seiten,
vom Druckmedium 8 umgeben. Dieses umfasst eine Vielzahl
von Glaskugeln 8a mit freien Zwischenräumen 8b. Der Durchmesser
der Glaskugeln ist etwa 1 mm.
-
Es wird nachfolgend beschrieben,
wie zwei Holzelemente 4 nach einem veranschaulichten erfindungsgemäßen Verfahren
behandelt werden. Wenn das obere Teil 2 der Druckkammer 1 entfernt
wird, werden die Holzelemente 4 in das untere Teil der Druckkammer 1 gehoben.
Die Holzelemente 4 bestehen aus Splintholzbrettern aus
Fichtenholz und haben einen Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 30%.
Der Feuchtigkeitsgehalt kann natürlich
abhängig
von der Holzart und von der vorhergehenden Behandlung variieren,
im Allgemeinen aber sollte der Feuchtigkeitsgehalt vor der Behandlung
nicht zu niedrig sein. Der Feuchtigkeitsgehalt, der während der
Flüssigkeitsaustreibung
reduziert wird, beeinflusst die Steifigkeit des Holzes. Ein zu geringer
Feuchtigkeitsgehalt veranlasst das Holz, weitaus steifer zu werden,
was der Zurückgewinnung
der Originaliform mittels der Holzelemente während der Entlastung entgegenwirkt.
Ein zu geringer Feuchtigkeitsgehalt kann somit eine bleibende Kompression
und Härtung
der Holzelemente mit sich bringen, was in diesem Zusammenhang nicht
wünschenswert
ist.
-
Die Holzelemente 4 sind
in einem Bett von Glaskugeln 8a platziert, worauf die Glaskugeln über sie
so geschüttet
werden, so dass sie durch diese Glaskugeln von allen Seiten umgeben
werden. Auch die Verteilungsröhren 11 sind
im Bett angeordnet, so dass die die Spritzlöcher gleichmäßig entlang
der Holzelemente 4 und mit einem geeigneten Abstand davon
verteilt werden. Unter den Holzelementen werden die Entwässerungsröhren 12 mit
den Öffnungen zur
Entwässerung
der Zwischenräume 8b in
dem Druckmedium 8 angeordnet. Die Entwässerungsröhren 12 können vielleicht
so angeordnet werden, dass eine Mehrheit der Öffnungen im Hohlraum von diesen
Orten der Holzelemente 4 konzentriert ist, die während des
Zusammendrückens
mehr Flüssigkeit geben,
zum Beispiel den kurzen Seiten der Holzelemente.
-
Wenn das Druckmediumbett angeordnet
ist, wird die Druckkammer 1 mittels Heben des oberen Teils 2 mit
dem Diaphragma 5 auf das untere Teil 3 abgedichtet
und darauf gesichert. Danach wird die hydraulische Einheit 7 gestartet,
wobei hydraulisches Öl über den
Kanal 6 in das primäre
Fach 1a der Druckkammer 1 gepumpt wird. Wenn das
primäre Fach
mit hydraulischem Öl
gefüllt
ist, wird der Druck mittels Pumpen von zusätzlichem Öl erhöht. Der erhöhte Druck wird über das
Diaphragma 5 und das Druckmedium 8 in das sekundäres Fach 1b auf
die Holzelemente 4 übertragen.
Da die Reibung zwischen den Glaskugeln 8a relativ niedrig
ist, entsteht ein isostatischer Druck in dem sekundären Fach.
Zur gleichen Zeit werden die Zwischenräume zwischen den Kugeln beibehalten.
Der Druck, der über
das Diaphragma übertragen
wird, veranlasst ein Gleichgewicht der Kräfte zwischen allen Kugeln,
die in mechanischem Kontakt miteinander sind. Auf diese Weise wird
der Druck isostatisch von dem Diaphragma über die Kugeln zu allen Oberflächen des
Holzelements 4 übertragen.
Der Gasdruck in den Zwischenräumen 8b zwischen
den Kugeln 8a wird nicht auf einen signifikanten Grad,
während
der Druckanstiegsphase, geändert.
Der atmosphärische
Druck, der vor dem Beginn der hydraulischen Einheit 7 vorherrscht,
wird während
der Kompressionsphase bei allen wesentlichen Komponenten beibehalten.
-
Wenn die Glaskugeln 8a jetzt
auf die Oberflächen
der Holzelemente 4 pressen, entsteht der gleiche Hochdruck
in den Holzelementen 4 wie in dem Druckmedium 8.
Auf diese Weise wird die Flüssigkeit,
die frei in den Hohlräumen 16 der
Tracheiden 15 existiert, auf diesen Hochdruck druckbeaufschlagt.
Ein Druckunterschied entsteht somit zwischen der Flüssigkeit
in den Holzelementen und den Zwischenräumen 8b zwischen den
Kugeln 8a in dem Druckmedium 8. Dieser Unterschied
im Druck treibt die Flüssigkeit
an, sich von dem Holzelement 4 zu den Zwischenräumen 8b in
dem Druckmedium 8 zu bewegen. Die Flüssigkeit tritt primär aus den
Holzelementen durch die möglichen
Ausgän ge
aus, die den geringsten Flusswiderstand verursachen. Somit tritt
ein Teil der Flüssigkeit
durch die Tracheiden 14 aus, die an den Enden der Holzelemente
aufgeschnitten sind. Ein Teil der Flüssigkeit fließt über die Poren 17 bei
der Oberfläche
der Holzelemente aus und ein Teil der Flüssigkeit diffundiert durch
die Tracheidenwände 15 aus.
Während
ihres Flusses vom Inneren der Holzelemente zu den Oberflächen darauf,
reißt
die Flüssigkeit
die Porenmembranen 18 von den Tracheidenwänden 15 bei
den Poren 17 mit. Die mitgerissenen Porenmembranen 18 werden
mit der Flüssigkeit
von der Tracheide 14 zur Tracheide mitgetragen und somit
fließt
die Flüssigkeit
aus den Holzelementen 4.
-
Während
der Druckbeaufschlagung ist das Entwässerungsventil 13 offen.
Ein Teil der Flüssigkeit,
der aus den Holzelementen 4 austritt, wird über die
Zwischenräume 8b aus
den Holzelementen weg transportiert und mittels den Entwässerungsröhren 12 mit
ihrem Entwässerungsöftnungen
gesammelt. Die entwässerte
Flüssigkeit
wird über
die Entwässerungsröhren 12 und
das Ventil 13 aus der Druckkammer 1 weg geleitet.
Die Entwässerung
der Zwischenräume 8b kann
möglicherweise
mittels Vakuumansaugung der Zwischenräume 8b mit der Hilfe einer
(nicht gezeigten) Vakuumpumpe beschleunigt werden, welche mit dem
Entwässerungsventil 13 verbunden
werden kann.
-
Um ein gutes Ergebnis zu erhalten,
wenn die Flüssigkeit
und die Porenmembranen während
der Kompressionsphase ausgetrieben werden, wird die Druckbeaufschlagungsrate
und der Maximaldruck so gewählt,
um sie im Zweifel an die Holzelemente anzupassen. Während der
Behandlung von Fichten-Splintholz mit einem anfänglichen Feuchtigkeitsgehalt
von mehr als 100% wird der Druck vom atmosphärischen Druck mit etwa 5 bar/Sekunde
auf etwa 900 bar erhöht.
Die Druckbeaufschlagungsparameter werden auch in Abhängigkeit
vom verfügbaren Druckmedium
gewählt.
Somit widerstehen beispielsweise Stahl- oder Aluminiumoxidkugeln
Drücke
von mehr als 1000 bar, wohingegen Festkörper aus beispielsweise Polymeren
für Drücke von
mehr als etwa 500 bar nicht verwendet werden.
-
Der Hochdruck, der während der
Druckbeaufschlagungsphase erreicht wird, wird nun während einer
genau vorherbestimmten Zeit beibehalten. Dies wird gemacht, um der
gewünschten
Flüssigkeitsmenge
reichlich Zeit zu geben, aus den Holzelementen auszulaufen. Die
Dauer der Haltezeit variiert von Fall zu Fall und wird, unter anderen
Din gen, auf der Basis der Holzart, dem Feuchtigkeitsgehalt genauso
wie der Druckanstiegsrate und dem Maximaldruck bestimmt. Mittels
Wählen
einer längeren
Haltezeit kann es möglich
sein, zu erlauben, die Druckanstiegsrate und den Maximaldruck zu
senken. Dies resultiert in einer Behandlung, die, zugegebenermaßen, etwas langsamer
ist, aber die auch weitaus milder zur Faserstruktur im Holz ist.
-
Bevor oder während der Kompressionsphase
und der Haltezeit wurde die imprägnierende
Flüssigkeit
im Druckgefäß 9 auf
einen Druck gepresst, der beträchtlich
höher ist
als der Druck, der im Druckmedium 8 und den Holzelementen 4 vorherrscht. Wenn
die Kompressionsphase und die Haltezeit vollendet sind, wird das
Entwässerungsventil 13 geschlossen.
Danach wird das Imprägnierungsventil 10 geöffnet. Die
druckbeaufschlagte imprägnierende Flüssigkeit
fließt
somit durch die Verteilungsröhren 11 aus
und wird über
die Spritzdüsen
in die Zwischenräume 8b in
der Nähe
der Holzelemente 4 verteilt. Da der Druck der imprägnierenden
Flüssigkeit
in den Zwischenräumen 8b jetzt
höher ist
als der Druck in den Holzelementen, dringt die imprägnierende Flüssigkeit
in diese ein. Um sicherzustellen, dass eine ausreichende Menge von
imprägnierender
Flüssigkeit
ausreichend tief in das Holz eindringt, bleibt der Druckunterschied
zwischen der imprägnierenden Flüssigkeit
in den Zwischenräumen
und den Holzelementen für
eine bestimmte Haltezeit beibehalten. Wenn diese Haltezeit vollendet
ist, wird das sekundäre
Fach 1b, mittels Entleerung des hydraulischen Öls aus dem
primären
Fach, entlastet. Während
der Entlastungsphase dehnen sich die Holzelemente 4 wieder
in ihre Originalform aus. Dies führt
zu einem zusätzlichen
Druckunterschied zwischen dem Inneren der Holzelemente und den mit
imprägnierender
Flüssigkeit
gefüllten
Zwischenräumen 8b.
Dieser Druckunterschied treibt nun zusätzliche imprägnierende Flüssigkeit
in die Holzelemente. Da ein beträchtlicher Teil
der Porenmembrane weggeschwemmt wurde, kann die imprägnierende
Flüssigkeit
weit in die Holzelemente ohne Schwierigkeit eindringen. Nur ein
relativ kleiner Druckunterschied ist notwendig, um eine zufriedenstellende
Imprägnierung
zu erhalten, wo die Flüssigkeit
in das Zentrum der Holzelemente eindringt. Die Entlastung kann relativ
schnell ausgeführt werden,
wobei der Druck mittels etwa 20–50
bar/Sekunde reduziert werden kann.
-
Nach der vollendeten Entlastung,
wenn der Druck im primären
Fach 1a und dem sekundären Fach 1b und
im Holzelement wieder etwa 1 bar ist, wird das obere Teil 2 der
Druckkammer entfernt, worauf die Holzelemente entfernt werden können.
-
Während
der Imprägnierung
steigt der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes wieder an. Normale Werte
des Feuchtigkeitsgehalts, sowohl während der traditionellen Imprägnierung
als auch dem oben beschriebenen Verfahren sind um 35–125%. Wenn
ein imprägniertes
Produkt mit einem niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt gewünscht wird,
können
die Holzelemente in traditioneller Weise getrocknet werden. Es ist
auch möglich,
jedoch nach dem die aktiven Bestandteile in der imprägnierenden
Flüssigkeit
mit dem Holz reagiert haben, die Holzelemente wieder mittels Einrichtungen
der Druckbehandlung zu trocknen. Die überflüssige imprägnierende Flüssigkeit läuft somit
während
der Kompressionsphase aus, wohingegen keine Flüssigkeit während der Entlastungsphase
hinzugefügt
wird.
-
Das oben beschriebene Verfahren ist
nur ein Beispiel einer Holzbehandlung nach der Erfindung. Das Verfahren
kann in einer Vielzahl von verschiedenen Weisen ohne Abweichung
von seinem Schutzbereich, wie er in den Ansprüchen definiert ist, variiert werden.
-
Zum Beispiel können viele andere Holzarten wie
beispielsweise Kiefer, Eiche, Birke, Lerche, Buche, Espe und Erle
behandelt werden. Zusätzlich,
zu dem von dem Splintholz abgeleiteten, können die behandelten Elemente
auch vom Kernholz oder einer Kombinationszusammensetzung daraus
abgeleitet werden.
-
Die Behandlung muss die Imprägnierungsphase
nicht umfassen, sondern die Holzelemente können ohne jede Zuführung von
imprägnierender Flüssigkeit
entlastet werden. Dies resultiert in einer sehr schnellen und wirksamen
Trocknung der Holzelemente.
-
Das Verfahren von zuführender
imprägnierender
Flüssigkeit
zu den Zwischenräumen,
wenn die Holzelemente mit Druck beaufschlagt werden, kann auf viele
Arten variiert werden. Die imprägnierende Flüssigkeit
kann beispielsweise über
die Entwässerungsröhren gepumpt
werden. Es ist auch möglich, anstatt
der Zuführung
der Flüssigkeit
von einem externen, mit Druck beaufschlagten Behälter, einen flexiblen Behälter im
Druckmediumbett zu plazieren. Dieser flexible Behälter ist
mit imprägnierender
Flüssigkeit
vor der Kompressionsphase gefüllt.
Während der
Kompressionsphase wird die Flüssigkeit
gehindert in das Bett einzudringen, in dem das Imprägnierungsventil
geschlossen wird.
-
Die Flüssigkeit im flexiblen Behälter wird
somit im Wesentlichen mit dem gleichen Druck mit Druck beaufschlagt,
wie der der in den Holzelementen vorherrscht. Wenn die Kompressionsphase
mit der nachfolgenden Haltezeit vollendet ist, wird das Imprägnierungsventil
geöffnet,
wodurch sich die imprägnierende
Flüssigkeit
in die Zwischenräume
des Druckmediums ausbreitet. Wenn die Flüssigkeit ausgebreitet ist,
werden die Holzelemente entlastet, wodurch sie sich zu Ihrer Originalform
ausdehnen. Dies resultiert in einem Druckunterschied zwischen den Zwischenräumen und
den Holzelementen, die die imprägnierende
Flüssigkeit
in die Holzelemente treiben.
-
Ferner ist es nicht nötig, die
Flüssigkeit
weg zu entwässern,
die aus den Holzelementen während des
Zusammendrückens
ausgetrieben wird. Es ist auch möglich,
diese Flüssigkeit
mittels Zulassung konzentrierter imprägnierender Flüssigkeit,
nach der Flüssigkeitsaustreibung,
wieder zu verwenden, um sie darin im Bett zu mischen. Danach kehrt
die Flüssigkeit
mit dem imprägnierenden
Mittel in die Holzelemente während
der Entlastung zurück.
-
Das Austreibungsverfahren der Flüssigkeit aus
dem Holzelement ist zum Austreiben von so genanntem freien Wasser
am besten geeignet. Dieses ist Wasser, das vor der Trocknung in
den Fasern im Holz frei existiert und das nicht in den Zellwänden des
Holzes gebunden ist.