DE69901494T2

DE69901494T2 - Verfahren und vorrichtung zum erhöhen der härte von holz

Info

Publication number: DE69901494T2
Application number: DE69901494T
Authority: DE
Inventors: Sun Tae An
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2019-09-09
Also published as: EP1068056B1; AU5533899A; ATE217568T1; KR19990076498A; DE69901494D1; WO2000013865A2; WO2000013865A3; EP1068056A2; KR100272767B1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kompressionsverfahren und eine Vorrichtung zum Erhöhen der Härte und Stärke von Holz und insbesondere ein Kompressionsverfahren und eine Vorrichtung, die die Qualität eines Holzproduktes durch nochmaliges Bearbeiten eines Baumstamms vergrößern können, um die Härte des Holzes zu erhöhen.

Hintergrund

Allgemein muss, um Holzprodukte davor zu schützen, in Komponenten mit Rissen, Verwindungen etc. umgewandelt zu werden, das in dem Holz enthaltene Wasser während der Verarbeitung des verwerteten Baumstamms im Wesentlichen entfernt werden.
Ein herkömmliches Holzbearbeitungsverfahren verwendete zum Reduzierendes im Holz enthaltenen Prozentsatzes an Wasser ein natürliches Trocknungsverfahren oder ein künstliches Trocknungsverfahren, aber diese Verfahren erfordern viel Trocknungszeit für das Holz, wodurch die Kosten des Produktes erhöht werden.
In der vorliegenden Erfindung wird das im Holz enthaltene Wasser durch ein spezielles Wiederbearbeitungsverfahren einheitlich entfernt, ohne herkömmliche Trocknungsverfahren zu benutzen. Somit wird die Holzfaser regelmäßig zusammengezogen, ohne zerstört zu werden, wodurch die Dichte des Holzes erhöht wird.
Folglich hat die vorliegende Erfindung Vorteile, fähig zu sein, die Wiederbearbeitung des Holzes zu verbessern und eine durch Fehler im Produkt verursachte Verschwendung von Holzressourcen zu verhindern.

Offenbarung der Erfindung

Von wachsenden Bäumen stammendes Holz enthält eine maximale Menge von Wasser in der Faser. Die das Wasser enthaltende Faser wird in einem kontinuierlichen Verteilungszustand gelegt, der sehr kleine Wasserspeicher definiert. In dem Fall, dass eine maximale Trocknung des im Holz enthaltenen Wassers geliefert wird, wird, da die Wasserspeicher leer werden, die Dichte der Faser verringert, und folglich wird die Härte des Holzes reduziert.
Aufgrund solch einer Charakteristik des Holzes können die Härte und die Haltbarkeit des Holzprodukts geschwächt werden, und daher ist es bevorzugt, dass das Holz einen geringen Prozentsatz an Wasser und eine hohe Dichte besitzt.
Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kompressionsverfahren und -vorrichtung zum Erhöhen der Härte und der Stärke des Holzes bereit zu stellen, während die Bildung von Rissen und Verwindungen etc. eliminiert wird, die im Holz aufgrund der Verdampfung des Wassers aus dem Holz auftritt, wobei ein Holzprodukt komprimiert wird, um dessen Volumen zu reduzieren. Die Kompression des Holzes wird durch das Anlegen von Schallwellenerzeugung an das Holz und die Verwendung einer Rotationseinrichtung beim Transport des Holzes erleichtert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird vollständiger verstanden aus der unten gegebenen detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen, die mit Hilfe nur von Darstellung gegeben sind und daher auf die vorliegende Erfindung nicht beschränkend sind.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Längsschnittansicht der Fig. 1;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Fig. 2; und
Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der vorliegenden Erfindung.

Bestes Beispiel zum Ausführen der Erfindung

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 ist eine gestalt-formende Kompressionsform 2 mit einer zylindrischen, rohrförmigen Konfiguration, die Hochintensitätsdruck widerstehen kann, z. B. ein Eisenrohr, schräg in dem oberen Teil der gestalt-formenden Vorrichtung 1 installiert, so dass ein fester Gradient θ beibehalten werden kann. Eine Mehrzahl von Löchern 2a ist in der Hauptoberfläche der gestaltformenden Kompressionsform 2 zum Führen eines aus dem Holz entfernten Safts zu einer Aufnahmeplatte 14 angeordnet.
Ein zylindrisches gestalt-formendes Kompressionswerkzeug 3, in das ein Baumstamm eingeführt wird, ist in der Vorderseite der gestalt-formenden Kompressionsform 2 installiert. Ein Ultraschallwellen-Generator 15 ist an dem oberen Teil des gestalt-formenden Werkzeugs 3 installiert, und ein Ultraschallwellen- Konzentrator 16 ist in dem unteren Teil des Ultraschallwellen-Generators 15 50 installiert, dass er zu einer Seite der Achsrichtung des Holzes 10 leicht geneigt ist.
An einer offenen Seite des gestalt-formenden Werkzeugs 3 wird das zu bearbeitende Holz 10 eingeführt" und an der Rückseite des Holzes ist ein Öldruckkolben 4 mit einer Achsrichtung 0-0' vorgesehen, die der der gestalt-formenden Form 2 und des gestalt-formenden Werkzeugs 3 entspricht. In der Vorderseite des Kolbens ist eine Spanneinrichtung 6, die das Holz 10 halten kann, mit einer Scheibe 7, einem Bolzen 8 und einer Klaue 7 mit Zähnen zum Halten des Holzes 10, während es in der rechten und linken Richtung rotiert, zusammengebaut.
Eine Nockenführung 13, die in der axialen Richtung des Holzes 10 befestigt ist, ist an einer Seite der Spanneinrichtung 6 installiert, und ein Nockenschlitz 12 ist innerhalb der Nockenführung 13 vorgesehen, so dass eine Nocke 11, die sich von beiden Seiten der Spanneinrichtung 6 erstreckt, gleitend innerhalb des Schlitzes 12 geführt ist. Das Holz 10 wird gezwungenermaßen in die gestalt-formende Form 2 eingeführt, während es abwechselnd in und entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert, d. h., eine Verdrehbewegung beim Drücken in das gestalt-formende Werkzeug 3 durchführt.
Eine Erklärung des detaillierten Verfahrens zum Härten der Faser des Baumstamms wird nun beschrieben unter Verwendung der obengenannten Konfiguration der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Holz schließt Holz in einem nicht getrockneten Zustand ein sowie Holz in einem Zustand, gerade nachdem es gefällt worden ist.
In der vorliegenden Erfindung wird das zu bearbeitende Holz 10 in das Öffnungsrohr des gestalt-formenden Werkzeugs 3 eingeführt, so dass die Vorderseite des Holzes 10 darin eingeführt werden kann.
Das Ende des Holzes 10 wird von der Klaue 9 der Spanneinrichtung 6 zur Einführung in der axialen Richtung der gestalt-formenden Form 2 gehalten, indem ein konstanter Druck mit dem Kolben 4 angewandt wird.
Da die sich von der Seite der Spanneinrichtung 6 erstreckende Nocke 11 in dem Schlitz 12 geführt wird, bewirkt der Betrieb des Kolbens 4, dass das Holz 10 abwechselnd in und entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert, d. h., eine Drehbewegung durchführt.
Gleichzeitig damit wird eine von dem Ultraschallwellen-Generator 15 erzeugte Schalloszillation an das Holz 10 in drei Dimensionen durch den Ultraschallwellen- Konzentrator 16 angewandt.
Da der Ultraschallwellen-Konzentrator 16 und das zweiseitige gestalt-formende Werkzeug 3 miteinander nicht durch eine gemeinsame Achse verbunden sind, sondern vielmehr schräg verbunden sind, wird eine in dem Ultraschallwellen-Generator 15 erzeugte einseitige Schalloszillation V in stereophonische Schalloszillationen V1, V2 und V3 geteilt. V1 wird in der axialen Richtung des gestalt-formenden Werkzeugs 3 und V3 in einer Tangentenrichtung des gestalt-formenden Werkzeugs 3 übertragen.
Die Charakteristik der stereophonischen Schalloszillationen V1, V2 und V3, die zu dem gestalt-formenden Werkzeug 3 übertragen werden, ist, dass eine Schallwellenlänge, die in einer rechtwinkligen Richtung zu der Achse des gestaltformenden Werkzeugs 3 übertragen wird, länger als die Abmessung der Oberfläche des gestalt-formenden Werkzeugs 3 ist.
Durch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird das in dem gestaltformenden Werkzeug 3 vorgesehene Holz 10 in der axialen Richtung des gestaltformenden Werkzeugs 3 durch den konstanten Druck des Kolbens 4 und die stereophonischen Schalloszillationen V1, V2 und V3 zusammengezogen und folglich in die gestalt-formende Form 2 eingeführt, während es komprimiert wird, um der Form der Öffnung des gestalt-formenden Werkzeugs 3 zu entsprechen. Eine einheitliche Härte und Festigkeit über das gesamte Volumen des Holzes werden somit erreicht. Durch den konstanten Druck in der axialen Richtung, die stereophonischen Schalloszillationen V1, V2 und V3, die zu der Ultraschall-Konzentrationsvorrichtung 16 übertragen werden, und das gestalt-formende Werkzeug 3, das auf das gesamte Volumen des Holzes 10 angewandt wird, gleichzeitig in der axialen Richtung, der rechtwinkligen Richtung und der Tangentenrichtung, können die Dichte und die Stärke der Faser geändert werden, ohne die Struktur des Holzes zu verändern.
Folglich verdichten der konstante Druck und die stereophonische Schalloszillation die Biretta und Poren, die das Wasser speicherten, wodurch das Wasser und der Saft aus dem Holz extrahiert werden, was das Holz ohne Umwandlung der Struktur des Holzes härtet.
Wenn das Holz 10 ohne die Anwendung der abwechselnden Rotation und der stereophonischen Schalloszillation komprimiert wird, macht die Reibungskraft, die vom Kontakt mit der Innenwand der gestalt-formenden Kompressionsform 2 resultiert, den Transport des Holzes schwierig. In diesem Fall muss ein hoher konstanter Druck in der axialen Richtung des gestalt-formenden Werkzeugs 3 angewandt werden, und folglich kann die Struktur des Holz zerstört werden. Außerdem kann die Qualität des Holzes aufgrund von Spannung, die in dem Holz auftritt, umgewandelt werden.
In der vorliegenden Erfindung jedoch wird, da das Holz 10, während es transportiert wird, durch die stereophonische Schalloszillation komprimiert wird, die stereophonische Schalloszillation zum Holz 10 übertragen, und die Reibungskraft wird in der gestalt-formenden Kompressionsform 2 wesentlich reduziert. Außerdem wird die abwechselnde Rotationskraft von dem Nockenaufnahmeschlitz 12, der in der Nockenführung 13 gebildet ist, erzeugt, während das Holz 10 linear transportiert wird. Folglich wird die Reibung mit der Innenwand der gestalt-formenden Kompressionsform 2 durch die Schalloszillation, den konstanten Druck und die abwechselnde Rotationskraft reduziert, und somit wird das Holz 10 gleichmäßig gefördert.
Folglich kann das Holz durch eine kleine Menge an Druck leicht komprimiert werden, und außerdem bleibt die hohe Dichte über das gesamte Volumen davon ohne Schaden einheitlich erhalten. Mit anderen Worten wird das Holz, da die auf das Holz aufgrund der Rotationsoszillation angewandte Spannung die Wirkung hat, dass dadurch das Holz 10 abwechselnd geschüttelt wird, was das Wasser leicht aus dem Holz zieht, bearbeitet, um so dessen einheitliche Dichte und Härte beizubehalten, ohne umgewandelt zu werden.
Die Strahlungsoberfläche der Ultraschallwellen-Konzentrationsvorrichtung 16 ist in einer in dem gestalt-formenden Werkzeug 3 vorgesehenen Öffnung installiert, wo das Holz 10 zum Maximieren der Konzentration der Schallenergie auf die Öffnung des gestalt-formenden Werkzeugs 3 eingeführt wird. Dies erreicht maximalen Bearbeitungswirkungsgrad zusammen mit dem Beibehalten der wirtschaftlichsten Bedingung, dass die Schallwellenlänge übertragen wird.
Wie oben erwähnt, wird die abwechselnde Rotationskraft, die von der Nocke 11 und der Nockenführung 13 erzeugt wird, auf das Holz 10, wenn der konstante Druck des Kolbens 4 auch auf das Holz in dem gestalt-formenden Werkzeug 3 angewandt wird, in der Achsrichtung davon angewandt. Gleichzeitig wird die in dem Ultraschallwellengenerator 15 erzeugte einseitige Schalloszillation V in dem Ultraschallwellen-Konzentrator 16 konzentriert, und die stereophonischen Schalloszillationen V1, V2, V3 werden zu dem Holz 10 durch das gestalt-formende Werkzeug 3 übertragen. Somit wird das Holz 10 in die gestalt-formende Form 2 transportiert, während es in die gleiche Gestalt wie das gestalt-formende Werkzeug 3 komprimiert wird. Das durch das obige Verfahren bearbeitete Holz kann als ein Hochqualitätsholz mit einer einheitlichen Dichte und Härte verwendet werden.
In der vorliegenden Erfindung wird das im Holz enthaltene Wasser während der Kompression durch die Löcher 2a der gestalt-formenden Form 2 entfernt, und folglich kann das aus dem Holz extrahierte Wasser nach spezieller Bearbeitung als ein Gesundheitsgetränk verwendet werden.
Folglich erreicht das erfinderische Kompressionsverfahren einen zusätzlichen wirtschaftlichen Vorteil, dass ein die Wasserextraktionsvorrichtung verwendendes Gesundheitsgetränk erzeugt werden kann. Ein halbbearbeitetes Stück Espenholz (Durchmesser: 61 mm, Länge: 500 mm, 0,42 g/cm³) wird in eine konische Öffnung einer gestalt-formenden Vorrichtung mit einem Durchmesser von 54 mm eingeführt. Ein konstanter Druck von 4900 kg wird an das Holz durch einen Kolben 4 mit einer Geschwindigkeit von 61 mm/s angewandt, während eine Schallwellenlänge zu dem Ultraschallwellen-Konzentrator übertragen wird. Gleichzeitig damit werden die halbbearbeiteten Güter abwechselnd wie oben erwähnt gedreht, und der erste Drehwinkel wird auf 0,9º gesetzt, und, wenn die halbbearbeiteten Güter in die gestaltformende Vorrichtung eintreten, wird er auf 0,2º gesetzt. Die Lineargeschwindigkeit der abwechselnden Rotation wird auf 0,12 m/s gesetzt.
Als ein Ergebnis des Trocknens des Produkts nach der Kompressionsbearbeitung wird die Dichte des Holzprodukts um 1,5mal vergrößert, der Durchmesser wird 53 mm, die Haltbarkeit um 2,0mal vergrößert und die Intensität um 1,8mal vergrößert. Durch ein Röntgenbild wird bestätigt, dass die Struktur des Holzes einheitlich komprimiert wird.
Die Differenz in der Dichte von der Oberfläche zum Mittelpunkt 35 reicht von 8% bis 10%, und im Fall eines langen Holzstücks können exzellente Resultate erhalten werden.
Mittlerweile musste in dem Fall, dass das Holz ohne die Anwendung der abwechselnden Rotation komprimiert wird, der konstante Druck auf 7000 kg gesetzt werden, und die Geschwindigkeit des Kolbens musste auf 3 mm/s gesetzt werden, um die Dichte des Produkts um 1,5mal zu erhöhen. Folglich wird festgestellt, dass Schalloszillation und die abwechselnde Rotation sehr effektive Elemente beim Kompressionsbearbeiten des Holzes sind.
Beim Bearbeitungsprozess des gezwungenermaßen Komprimierens des Holzes vergrößert die Schalloszillation die Kompressionswirkung des Holzes durch Beschleunigen der Molekularbewegung, welche die Struktur des Holzes kompakt macht.
Das heißt, wenn die Schalloszillation auf eine Molekularstruktur des Holzes angewandt wird, wird die Molekularbewegung des Holzes beschleunigt, und dann, wenn ein konstanter Druck durch den Kolben 4 und die abwechselnde Rotation auf die gestalt-folmende Kompressionsform 2 angewandt werden, werden die zerbrechlichsten Birettas, die Wasser enthalten, in der Struktur des Holzes, z. B. in den Poren des Holzes, leicht komprimiert, wodurch das Wasser gezwungenermaßen herausgezogen wird, was bewirkt, dass das von den Birettas eingenommene Volumen sich zusammenzieht.
Insbesondere bei der vorliegenden Erfindung wird die Ultraschallwelle nicht auf den Mittelteil des Holzes 10 angewandt, sondern wird vielmehr schräg durch das zweiseitige gestalt-formende Werkzeug 3 dahin übertragen. Folglich gibt es den Vorteil, dass Schalloszillation zu der Struktur des Holzes einheitlich übertragen wird, um eine einheitliche Kontraktionsdichte zu erhalten.
Durch die vorliegende Erfindung ist, da bearbeitetes Holz sofort behandelt wird, der Trocknungsprozess, der normalerweise lange Zeit dauert, nicht erforderlich.

Industrielle Anwendbarkeit

Die vorliegende Erfindung ist wirtschaftlich sehr effizient beim Herstellen eines dichten Holzproduktes. Die vorliegende Erfindung hat insbesondere den Vorteil, dass ein Holzprodukt hergestellt wird, das im Wesentlich frei von Fehlern, wie z. B. Rissen, Verwindungen und Umwandlung ist, und kann folglich in vielen Gebieten, z. B. für Baumaterialien, Möbel etc., verwendet werden.
Es ist offensichtlich, dass die so beschriebene Erfindung auf viele Wegen variiert werden kann. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von der Lehre der Erfindung zu betrachten, und alle solche Modifikationen, wie sie einem Fachmann offensichtlich sein würden, sind beabsichtigt, innerhalb der Lehre der folgenden Ansprüche eingeschlossen zu sein.

Claims

1. Vorrichtung zum Steigern der Härte und Dichte von Holz, die aufweist:

eine Spanneinrichtung (6) zum Halten des Holzes in einer festen Position zur Bearbeitung,

ein durch Kompression gestalt-formendes Werkzeug (3) zum Pressen des zu bearbeitenden Holzes,

eine Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung (15), die operativ mit dem durch Kompression gestalt-formenden Werkzeug verbunden ist zum Anlegen von Schallwellen an das Holz,

eine formende Form (2), die stromabwärts des durch Kompression gestaltformenden Werkzeugs angeordnet ist, um Holz von diesem aufzunehmen, wobei die formende Form das Holz weiter presst, um einen Teil des darin enthaltenen Wassers zu entfernen, und

eine Einrichtung (4) zum Vorschub der Spanneinrichtung, die das Holz enthält, das durch das durch Kompression gestalt-formende Werkzeug, die Ultraschallwellen- Erzeugungsvorrichtungs- durch Kompression gestalt-formende Werkzeug, die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung und die formende Form bearbeitet/verarbeitet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung weiterhin einen operativ zugeordnete Ultraschallwellen-Konzentrator enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine einen Schlitz aufweisende Nockenführung an einer Seite der Spanneinrichtung angeordnet ist, wobei die Spanneinrichtung eine Nocke aufweist, die sich von dieser für einen Eingriff mit dem Schlitz erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Schlitz serpentinenförmig ausgebildet ist, so dass die Spanneinrichtung, wenn sie in den Schlitz eingreift, das in der Spanneinrichtung gehaltene Holz abwechselnd im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn dreht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schlitz gerade ausgebildet ist, so dass die Spanneinrichtung, wenn sie in den Schlitz eingreift, das in der Spanneinrichtung gehaltene Holz rückwärts und vorwärts bewegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das durch Kompression gestalt-formende Werkzeug eine Mehrzahl von Löchern aufweist zum Entfernen von Wasser, das aus dem Holz durch Kompression austritt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung und der Ultraschallwellen-Konzentrator so angeordnet sind, dass sie zu einer Seite der axialen Richtung des Holzes geneigt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Spanneinrichtung Zähne aufweist, um das Halten des Holzes zu vereinfachen. ·

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorschubeinrichtung ein Kolben ist.

10. Verfahren zum Verarbeiten von Holz zum Steigern seiner Härte und Dichte mittels einer Spanneinrichtung (6), einem durch Kompression gestalt-formenden Werkzeug (3), einer Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung (15), einer formenden Form (2) und einer Kolbeneinrichtung (4), welches umfasst:

Befestigen des zu verarbeitenden Holzes in einer Spanneinrichtung;

Vorschub des Holzes mit Drehen zu einem durch Kompression gestalt-formenden Werkzeug zum weiteren Pressen,

Behandeln des Holzes in dem durch Kompression gestalt-formenden Werkzeug mit Ultraschallwellen; und

weiteres Pressen des Holzes in einer formenden Form, während Wasser aus dieser entfernt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 110, wobei die Ultraschallwellen in drei Dimensionen an das Holz angelegt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Ultraschallwellen in einer axialen Richtung des gestalt-formenden Werkzeugs übertragen werden, in einer senkrechten Richtung zum gestalt-formenden Werkzeug und in einer tangentialen Richtung des gestalt-formenden Werkzeugs.

13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Kolbeneinrichtung zum Vorschub und Pressen des Holzes verwendet wird, wenn es durch das durch Kompression gestaltformende Werkzeug, die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung und die formende Form geführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die erzeugten Ultraschallwellen vor oder gleichzeitig mit der Behandlung des Holzes weiter konzentriert werden.