WO2008071390A1 - Verfahren zum verbinden von holzteilen - Google Patents

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WO2008071390A1
WO2008071390A1 PCT/EP2007/010813 EP2007010813W WO2008071390A1 WO 2008071390 A1 WO2008071390 A1 WO 2008071390A1 EP 2007010813 W EP2007010813 W EP 2007010813W WO 2008071390 A1 WO2008071390 A1 WO 2008071390A1
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WO
WIPO (PCT)
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frame
contact surfaces
parts
contact surface
vibration
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/010813
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Beat Bruderer
Peter Eugster
Jörg Vetter
Original Assignee
Fentech Ag
Branson Ultraschall
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Publication date
Application filed by Fentech Ag, Branson Ultraschall filed Critical Fentech Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27M—WORKING OF WOOD NOT PROVIDED FOR IN SUBCLASSES B27B - B27L; MANUFACTURE OF SPECIFIC WOODEN ARTICLES
    • B27M3/00—Manufacture or reconditioning of specific semi-finished or finished articles
    • B27M3/0013—Manufacture or reconditioning of specific semi-finished or finished articles of composite or compound articles
    • B27M3/002—Manufacture or reconditioning of specific semi-finished or finished articles of composite or compound articles characterised by oblong elements connected at their ends

Definitions

  • the invention relates to a method for joining wood parts according to the preamble of claim 1.
  • Such methods are used in many fields, especially in the production of frames such as sash or window frame for windows and doors or blinds shutters of frame parts and any other parts and of Components for wooden facades and conservatories from smaller individual parts.
  • a generic method in which, for example, frame parts are first completely painted, in particular, in each case a topcoat, preferably an acrylic lacquer, is applied. Then the topcoat is softened at the contact surfaces of the parts by means of a solvent and finally the Contact surfaces of the parts to be joined pressed against each other, whereupon the topcoat is allowed to harden.
  • This method in principle, considerably facilitates the production of the frames, since only the substantially smaller frame parts have to be painted.
  • the precision requirements in the production of the frame parts in the area of the contact surfaces are very high.
  • the structuring of the contact surfaces by means of grooves and cones may mean that some surfaces cut across the fiber (so-called end grain wood) lie on the surface of the frame, where water can penetrate and cause corrosion.
  • WO 96/01 377 A1 discloses a method in which two wooden parts are joined by arranging a layer of thermoplastic material between planar contact surfaces thereof and pressing the contact surfaces against one another and then one of the parts of a translatory oscillation perpendicular to the contact surfaces Ultrasonic range, for example, with 2OkHz and an amplitude of about 0.06mm, is subjected, whereby the thermoplastic material is softened.
  • Ultrasonic range for example, with 2OkHz and an amplitude of about 0.06mm
  • thermosetting material e.g. Resin or a polymer such as polyurethane is arranged and the one part during a welding time of between 0.5s and 20s parallel to the contact surfaces translational, rotary or circular friction with a vibration
  • thermoset material Frequency of between 40Hz and 200Hz and an amplitude of between 0.5mm and 2mm is subjected, so that the thermoset material reaches a temperature of 150 0 C to 350 0 C and melts. After a holding time of up to 15 seconds, the thermosetting material is allowed to cure, resulting in a load-bearing connection.
  • the invention is based on the object to improve the known generic method to the effect that facilitates its execution and the requirements for accuracy in the formation of the wooden parts, in particular their contact surfaces are smaller.
  • the composite component produced by the process should be very resistant to water penetration and corrosion in general.
  • connection between the wooden parts is not only very easy to produce and the component produced in this way virtually finished, so that in particular no painting of the same is more necessary, it is reliable and resilient even with not very precise coordinated contact surfaces.
  • a significant advantage is that only contact surfaces are aligned transversely to the fiber, but which are completely covered, so that no transverse to the fiber surface of one of the wood parts is located on the surface of the component. So there is no so-called end grain at the junction.
  • FIG. 2 schematically shows a plan view of a frame with four frame parts during a welding phase of the method according to the invention according to a first embodiment.
  • Fig. 3 is a representation corresponding to FIG. 2 during a welding phase of the inventive method according to a second embodiment
  • FIG. 4 shows a representation according to FIG. 2 during a welding phase of the method according to the invention according to a third embodiment
  • FIG. 5 is a schematic plan view of a frame with further frame parts
  • FIG. 6 enlarges a section VI-VI in FIG. 5, FIG.
  • Fig. 7 is a plan view of a wood profile
  • Fig. 8 shows schematically a plan view of a frame made of frame parts, which are cut from the wood profile of Fig. 7. Ways to carry out the invention
  • the inventive method is used to connect two or more usually elongated wooden parts. It will be further illustrated by the example of the connection of four mitred frame parts to an outer frame, e.g. the frame of a window sash or a frame, explained in which frame parts are simultaneously connected in pairs. However, the possible applications of the method according to the invention go beyond that.
  • Fig. 1, 2 show frame parts Ia, Ib and la-d.
  • the four elongated, lying in a frame plane frame parts la-d form a frame 2, which surrounds an opening.
  • Each of the frame parts la-d is cut to length from a single wood profile, which may be in one piece or consist of several parallel sub-profiles which are connected to each other, for example glued.
  • the fiber extends in each case substantially in the longitudinal direction.
  • the frame parts la-d thus have - apart from two end sections - over their length in each case the same constant cross sections.
  • each of the frame parts la-d with flat contact surfaces 3, 4 is provided, which run in miter, in particular perpendicular to the frame plane and oppositely inclined, in particular 45 ° are aligned to the longitudinal direction of the respective frame part.
  • the contact surfaces of all frame parts la-d are the same shape and dimensions. They are each transverse - in the present case at 45 °, ie obliquely - aligned to the longitudinal direction of the frame parts la-d and thus to the fiber.
  • the frame parts are each completely painted, that is covered with a lacquer layer of primer, primer and topcoat, wherein the Topcoat is cured at least so far that he is touched.
  • the topcoat may be, for example, an acrylic varnish.
  • the frame parts 1a-d are now arranged (FIG. 2) so that a first contact surface 3 of each of the frame parts 1a, 1b, 1c, 1d is congruent with a second one
  • the frame parts la-d are fastened to pairs of holders 5a-d respectively acting on the end regions, in which the frame parts la-d e.g. are held by clamping frictionally or positively, such that each contact surfaces 3, 4 successive frame parts abut each other.
  • the brackets 5a-d exert on the frame parts la-d an elastic force directed against the center of the frame 2, so that they abut each other
  • the two brackets which engage a frame part, for example the brackets 5a on the frame part 1a, are thereby generally set in vibration by separate drives.
  • the drives are tuned to each other in terms of frequency and amplitude, and preferably also in terms of phase.
  • the welding pressure and the friction vibrations are maintained over a welding time of between 0.2s and 10s.
  • the topcoat is melted in such a way that in case of deviations of the contact surfaces of the ideal geometry -. due to uneven layer thickness of the paint - where there is an excess, a stronger melting takes place. This automatically compensates for deviations, which reduces the accuracy requirements and allows larger tolerances.
  • the vibrations of the holders 5a-d are terminated at the same time and at most maintain a holding pressure during a holding time of up to 10 seconds, which preferably corresponds to the welding pressure equivalent. Subsequently, the compounds are sufficiently strong and the brackets 5a-d are released and the frame 2 removed. Finally, the topcoat is allowed to cure completely, which may take 48 hours, for example.
  • the oscillations of the pairs of holders 5a-d can, as indicated in FIG. 2, be aligned and tuned such that the frame parts 1a-d execute oscillations of equal frequencies and amplitudes in the longitudinal direction about a sine, with their phases being tuned in such a way. that when the uppermost first frame part Ia moves to the left, the left second frame part Ib moves down, the lower third frame part Ic moves to the right and the right fourth frame part Id moves upwards.
  • FIG. 3 it is also possible (FIG. 3) to move the holders 5a-d in such a way that the frame parts 1a-d are each subjected to translational oscillations in the frame plane perpendicular to the longitudinal direction.
  • the vibrations which in turn are of equal frequency and amplitude, must be adjusted in terms of their phases so that the upper frame part Ia and the lower
  • Frame part Ic swing against each other, i. each move against the frame center or away from it, and likewise the two lateral frame parts Ib, Id.
  • the first-mentioned frame parts Ia, Ic move away from the frame center, the lateral
  • Frame parts Ib, Id respectively to move them and vice versa.
  • the amplitudes of the vibrations of the frame parts 1a-d must therefore be smaller by a factor of 1/2 than that of the frictional vibrations of the contact surfaces.
  • Frame parts Ib, Id to double so that they correspond to the desired amplitude of the frictional vibration of the contact surfaces.
  • the movements of the two brackets engaging on a frame part - for example the brackets 5a acting on the frame part 1a - are each of the same frequency and amplitude and also in phase, so that the frame parts 1a-d execute purely translatory friction oscillations.
  • the two holders oscillate with a different phase, for example in each case with a phase shift of 180 °, so that the corresponding frame part as a whole performs a rotational movement, for example, about its center of gravity, while the friction vibrations of the contact surfaces are practically translational.
  • Deviations are also carried out when the miter deviates from 45 °.
  • the amplitudes must be adjusted and selected differently in the basic versions in the lateral frame parts Ib, Id than in the upper frame part Ia and the lower frame part Ic. They may also be mounted on frames of more than four frame parts, e.g. hexagonal or octagonal frames are applied.
  • the direction of oscillation may be located in the appropriate plane and does not need to be constant.
  • other non-translatory vibrations can be selected, e.g. in that the individual holders oscillate non-translationally and the corresponding contact surfaces have a corresponding, e.g.
  • the contact surfaces may also be structured, e.g. such that they are translation invariant in one direction only. In this case, the direction of oscillation must correspond to this direction.
  • FIG. 5 An example of such contact surfaces is shown in FIG. 5.
  • the frame 2 is additionally provided with a central vertical strut 6, which is respectively connected to the upper frame part Ia and the lower frame part Ic.
  • Frame part Ia and the contact surface 4 'at the upper end of the strut 6 are staggered congruent, such that they are translationally invariant in the longitudinal direction of the frame part Ia.
  • the contact surface 3 ' is simply formed by a part of the inner surface of the frame part Ia and is in each case parallel to the fiber, while the contact surface 4' of the strut 6 is at the end and perpendicular to the longitudinally extending fiber.
  • the contact surface 4 'of the strut 6 is set to produce the connection with respect to the contact surface 3' of the frame part Ia in a frictional vibration which is parallel to the longitudinal direction of the latter.
  • connection between the frame part Ic and the strut 6 made.
  • the attachment of the strut 6 can take place after the production of the connections between the frame parts la-d, but it is u.U. also possible to do it at the same time. If, for example, the frame parts 1a-d are connected as described in connection with FIG. 2, then at the same time the strut 6 can be pressed against the frame parts 1a, 1c and held stationary. A transverse strut 7 can then be connected in a separate operation in the same way with the frame part Id and the strut 6. Of course, several such cross struts can be attached at the same time.
  • a particular aesthetic effect can be achieved if the frame parts la-d successively cut from a profile 8 and then connected to a frame 2 so that they follow each other in the same order and appropriate orientation. For this purpose, only where then the corners of the frame 2 should come to rest, appropriate angle pieces 9 are sawn out of the profile 8 or -gefrX. The grain then runs through at the corners essentially. Only at one corner - in Fig. 8 bottom left - this is not the case, since there the meet opposite ends of the profile 8. Of course, the aesthetic effect only occurs if the grain remains visible. This is certainly the case when the lacquer layer is transparent, in particular colorless.
  • the frame 2 is therefore very well protected and it can hardly penetrate water into the wood and also an approach of mold or blueness or attack by insects is very difficult, so too especially environmentally friendly paints which contain no insecticides, fungicides and blueness.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Holzteile wie z.B. Rahmenteile (1a, 1b, 1c, 1d) werden in Gehrung geschnitten und lackiert, wobei als Decklack z.B. Acryllack verwendet wird. Sie werden zu einem Rahmen (2) verbunden, indem quer zur Faser verlaufende ebene Kontaktflächen (3, 4) aufeinanderfolgender Rahmenteile mit einem Schweissdruck von z.B. 1N/mm2 aneinandergedrückt und dann den Rahmenteilen (1a, 1b, 1c, 1d) Schwingungen aufgeprägt werden, derart, dass aneinander anliegende Kontaktflächen (3, 4) jeweils während 2s relativ zueinander eine reibende Reibschwingung mit einer Frequenz von z.B. 240Hz und einer Amplitude von 1mm ausführen, sodass der Decklack aufgeschmolzen und dann während z.B. 4s ein Haltedruck aufrechterhalten, welcher vorzugsweise dem Schweissdruck entspricht. So wird eine Verbindung hergestellt, bei welcher kein Hirnholz freiliegt und damit das Eindringen von Wasser sehr erschwert ist.

Description

B E S C H R E I B U N G
VERFAHREN ZUM VERBINDEN VON HOLZTEILEN
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Holzteilen gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Verfahren werden auf vielen Gebieten angewandt, insbesondere bei der Herstellung von Rahmen wie Flügel- oder Blendrahmen für Fenster und Türen oder von Jalousienläden aus Rahmenteilen und allfälligen weiteren Teilen sowie von Bauteilen für Holzfassaden und Wintergärten aus kleineren Einzelteilen.
Stand der Technik
Herkömmlich werden etwa zur Herstellung eines Flügelrahmens vier Rahmenteile innenseitig fertigbearbeitet, dann verleimt, d.h. die Kontaktflächen mit Leim bestrichen, verpresst und anschliessend ausgetretener Leim abgeputzt und der Rahmen nach abschliessender Bearbeitung der Aussenseite lackiert. Dabei werden gewöhnlich eine Grundierung, ein Vorlack und ein Decklack aufgebracht. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig. Die Rahmen müssen ausserdem im Ganzen lackiert werden, was ihre Handhabung dabei erschwert und entsprechend dimensionierte Anlagen erfordert.
Aus der EP 0 738 570 Al ist ein gattungsgemässes Verfahren bekannt, bei dem z.B. Rahmenteile zuerst vollständig lackiert werden, insbesondere auch jeweils ein Decklack, vorzugsweise ein Acryllack, aufgebracht wird. Dann wird der Decklack an den Kontaktflächen der Teile mittels eines Lösungsmittels aufgeweicht und schliesslich die Kontaktflächen der zu verbindenden Teile gegeneinandergepresst , worauf man den Decklack aushärten lässt. Dieses Verfahren erleichtert im Prinzip die Herstellung der Rahmen beträchtlich, da nur die wesentlich kleineren Rahmenteile lackiert werden müssen. Da aber nur eine sehr dünne Aussenschicht des Decklacks aufgeweicht wird, sind die Anforderungen an die Präzision bei der Herstellung der Rahmenteile im Bereich der Kontaktflächen sehr hoch. Die Strukturierung der Kontaktflächen durch Nuten und Zapfen hat u.U. zur Folge, dass z.T. quer zur Faser geschnittene Flächen (sog. Hirnholz) an der Oberfläche des Rahmens liegen, an denen Wasser eindringen und Korrosion einsetzen kann.
Es sind auch verschiedene Verfahren zum Verbinden von Teilen aus Holz und anderen Materialien bekannt, bei denen zwischen den Kontaktflächen der Holzteile ein schmelzbares Bindemittel angeordnet wird und dann eines der Teile einer Schwingung unterworfen wird, welche sich auf das Bindemittel überträgt und es aufschmilzt, sodass es bei seiner anschliessenden Wiederverfestigung eine haltbare Verbindung herstellt .
So ist aus der WO 96/01 377 Al ein Verfahren bekannt, bei dem zwei Holzteile verbunden werden, indem zwischen ebenen Kontaktflächen derselben eine Schicht aus thermoplastischem Material angeordnet und die Kontaktflächen gegeneinandergepresst und dann eines der Teile einer senkrecht zu den Kontaktflächen gerichteten translatorischen Schwingung im Ultraschallbereich, z.B. mit 2OkHz und einer Amplitude von ca. 0,06mm, unterworfen wird, wodurch das thermoplastische Material aufgeweicht wird. Es ist zwar erwähnt, dass auch z.B. mit Acryllack lackierte Teile auf diese Weise verbunden werden können, doch dürfte die Verbindung im wesentlichen vollständig lackierter Teile problematisch sein, da an der Stelle oder den Stellen, an denen die Schwingung auf das Holzteil übertragen wird, z.B. indem eine Sonotrode angesetzt wird, eine Aufweichung des Lacks eintreten dürfte. Es wird daher in diesem Fall eine Lackierung oder wenigstens eine Nachbearbeitung des zusammengesetzten Bauteils nicht zu vermeiden sein.
Aus der WO 03/052 017 Al ist ein Verfahren bekannt, bei welchem zwei Teile aus Holz oder holzähnlichen Materialien verbunden werden, indem zwischen ebenen Kontaktflächen derselben duroplastisches Material, z.B. Harz oder ein Polymer wie Polyurethan angeordnet wird und das eine Teil während einer Schweisszeit von zwischen 0,5s und 20s einer zu den Kontaktflächen parallelen translatorischen, rotatorischen oder kreisenden Reibschwingung mit einer
Frequenz von zwischen 40Hz und 200Hz und einer Amplitude von zwischen 0,5mm und 2mm unterworfen wird, sodass das duroplastische Material eine Temperatur von 1500C bis 3500C erreicht und schmilzt. Nach einer Haltezeit von bis zu 15s lässt man das duroplastische Material aushärten, wodurch eine belastbare Verbindung entsteht.
Es sind auch verschiedene Verfahren bekannt, bei denen Rahmenteile aus Kunststoff oder einem Verbundstoff aus Kunststoff und Holzfasern durch Reiben zweier ebener Kontaktflächen aneinander dort aufgeweicht und verschweisst werden.
So ist es aus US 5 902 657 A und US 6 103 035 A bekannt, vier Rahmenteile, die aus einem Verbundstoff aus Holzfasern und PVC bestehen, zu verbinden, indem deren in Gehrung verlaufende ebene Kontaktflächen gegeneinandergepresst und relativ zueinander einer Reibschwingung mit einer Frequenz von zwischen 50Hz und 500Hz, z.B. 200Hz unterworfen werden, sodass sie aneinander reiben. Die Reibungswärme bewirkt eine Aufweichung des Verbundstoffs an den Kontaktflächen, die zum Verschweissen der Rahmenteile führt.
Aehnliche Verfahren zum Verbinden von Rahmenteilen aus Kunststoff sind aus WO 01/12 421 Al und WO 2005/009 664 bekannt. Dort werden Halterungen, in welchen die Rahmenteile eingespannt sind, durch Exzenterwellen in Schwingungen versetzt, die je nach relativer Phase und gegebenenfalls Achsversatz zu einer linearen oder kreisenden Reibschwingung der ebenen Kontaktflächen relativ zueinander führt, die dadurch aufgeheizt werden. Die Frequenzen liegen dabei zwischen 15Hz und 500Hz, die Amplituden bei einigen Millimetern.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das bekannte gattungsgemässe Verfahren dahingehend zu verbessern, dass seine Ausführung erleichtert und die Anforderungen an die Genauigkeit bei der Formung der Holzteile, insbesondere ihrer Kontaktflächen geringer sind. Ausserdem soll das durch das Verfahren hergestellte zusammengesetzte Bauteil sehr resistent gegen das Eindringen von Wasser und gegen Korrosion im allgemeinen sein.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Die Verbindung zwischen den Holzteilen ist nicht nur sehr leicht herstellbar und das so hergestellte Bauteil praktisch fertig, sodass insbesondere keine Lackierung desselben mehr erforderlich ist, sie ist auch bei nicht ganz präzise aufeinander abgestimmten Kontaktflächen zuverlässig und belastbar. Ein wesentlicher Vorteil liegt darin, dass lediglich Kontaktflächen quer zur Faser ausgerichtet sind, welche aber vollständig bedeckt sind, sodass keine quer zur Faser gerichtete Fläche eines der Holzteile an der Oberfläche des Bauteils liegt. Es liegt also an der Verbindungsstelle kein sogenanntes Hirnholz frei.
Eindringen von Wasser, das bei im Aussenbereich eingesetzten Bauteilen aus Holz ein grosses Problem darstellt, beginnt meistens am Hirnholz. Dies ist aber bei mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Bauteilen doppelt erschwert, da das Hirnholz von einer Lackschicht bedeckt und wasserdicht gekapselt und ausserdem durch die Anlage an einer Kontaktfläche eines weiteren Holzteils verdeckt und geschützt ist. Auch Holzteile, vor allem Rahmenteile von Blend- und Flügelrahmen usw. für den Aussenbereich können deshalb in Gehrung - schräg zur Längsrichtung und damit zur Faser - geschnitten und verbunden werden, was bisher wegen der Gefahr ungleicher Schwindung an den Kontaktflächen beim Eindringen von Wasser und dadurch verursachtes Verziehen des Bauteils nicht tunlich war. Gerade bei in Gehrung verlaufenden Kontaktflächen tritt jedoch bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens eine zuverlässige Kapselung des Hirnholzes ein, sodass ein Eindringen von Wasser verhindert wird.
Da Hirnholz auch Schimmel, Bläue und Insekten weniger Widerstand bietet, sind bei mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Bauteilen auch Angriffe dieser Schädlinge wesentlich erschwert, sodass u.U. auch auf den Einsatz von umweltschädlichen Lackzusätzen wie Fungiziden, Insektiziden und Bläuewidrigkeit verzichtet werden kann. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 perspektivische Teilansichten zweier Rahmenteile, einmal vor der Verbindung und einmal nach derselben,
Fig. 2 schematisch eine Draufsicht auf einen Rahmen mit vier Rahmenteilen während einer Schweissphase des erfindungsgemässen Verfahrens gemäss einer ersten
Ausführungsform,
Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 während einer Schweissphase des erfindungsgemässen Verfahrens gemäss einer zweiten Ausführungsform und
Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 während einer Schweissphase des erfindungsgemässen Verfahrens gemäss einer dritten Ausführungsform,
Fig. 5 schematisch eine Draufsicht auf einen Rahmen mit weiteren Rahmenteilen,
Fig. 6 vergrössert einen Schnitt VI-VI in Fig. 5,
Fig. 7 eine Draufsicht auf ein Holzprofil und
Fig. 8 schematisch eine Draufsicht auf einen Rahmen, hergestellt aus Rahmenteilen, welche aus dem Holzprofil von Fig. 7 geschnitten sind. Wege zur Ausführung der Erfindung
Das erfindungsgemässe Verfahren dient zur Verbindung von zwei oder mehreren meist länglichen Holzteilen. Es wird im weiteren am Beispiel der Verbindung von vier in Gehrung aneinanderstossenden Rahmenteilen zu einem Rahmen für den Aussenbereich, z.B. den Rahmen eines Fensterflügels oder einen Blendrahmen, erläutert, bei welchem Rahmenteile gleichzeitig paarweise miteinander verbunden werden. Die Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemässen Verfahrens gehen jedoch darüber hinaus.
Fig. 1, 2 zeigen Rahmenteile Ia, Ib bzw. la-d. Die vier länglichen, in einer Rahmenebene liegenden Rahmenteile la-d bilden einen Rahmen 2, der eine Oeffnung umgibt. Jeder der Rahmenteile la-d ist aus einem einzigen Holzprofil abgelängt, das einstückig sein oder aus mehreren parallelen Teilprofilen, die miteinander verbunden, z.B. verklebt sind, bestehen kann. Dabei verläuft die Faser jeweils im wesentlichen in Längsrichtung. Die Rahmenteile la-d weisen somit - von zwei Endpartien abgesehen - über ihre Länge jeweils gleichbleibende gleiche Querschnitte auf. An den Endpartien ist jeder der Rahmenteile la-d mit ebenen Kontaktflächen 3, 4 versehen, welche in Gehrung verlaufen, insbesondere senkrecht zur Rahmenebene und gegensinnig schräg, insbesondere 45° zur Längsrichtung des jeweiligen Rahmenteils ausgerichtet sind. Die Kontaktflächen aller Rahmenteile la-d sind nach Form und Abmessung gleich. Sie sind jeweils quer - im vorliegenden Fall unter 45°, also schräg - zur Längsrichtung der Rahmenteile la-d und damit zur Faser ausgerichtet. Die Rahmenteile sind jeweils vollständig lackiert, d.h. mit einer Lackschicht aus Grundierung, Vorlack und Decklack bedeckt, wobei der Decklack mindestens so weit ausgehärtet ist, dass er griffest ist. Der Decklack kann z.B. ein Acryllack sein.
Die Rahmenteile la-d werden nun (Fig. 2) so angeordnet, dass eine erste Kontaktfläche 3 eines jeden der Rahmenteile Ia, Ib, Ic, Id jeweils deckungsgleich an einer zweiten
Kontaktfläche 4 des auf denselben folgenden Rahmenteils Ib; Ic; Id; Ia anliegt, beginnend mit der ersten Kontaktfläche 3 des ersten Rahmenteils Ia und der zweiten Kontaktfläche 4 des zweiten Rahmenteils Ib und endend mit der ersten Kontaktfläche 3 des vierten Rahmenteils Id und der zweiten Kontaktfläche 4 des ersten Rahmenteils Ia.
Dazu werden die Rahmenteile la-d an Paaren von jeweils an den Endbereichen angreifenden Halterungen 5a-d befestigt, in welchen die Rahmenteile la-d z.B. durch Klemmen reibschlüssig oder auch formschlüssig festgehalten sind, derart, dass jeweils Kontaktflächen 3, 4 aufeinanderfolgender Rahmenteile aneinander anliegen. Vorzugsweise üben die Halterungen 5a-d auf die Rahmenteile la-d eine gegen die Mitte des Rahmens 2 gerichtete elastische Kraft aus, sodass aneinander anliegende
Kontaktflächen 3, 4 aufeinanderfolgender Rahmenteile mit einem Schweissdruck von bis zu 3N/mm2 aneinandergedrückt werden. Durch geeignete elektrische Antriebe werden dann während einer Schweissphase den Halterungen 5a-d ausserdem translatorische Schwingungen aufgeprägt, die sich auf das jeweilige Rahmenteil übertragen. Die Schwingungen werden dabei jeweils so aufeinander abgestimmt, dass die aneinander anliegenden Kontaktflächen 3, 4 aufeinanderfolgender Rahmenteile jeweils relativ zueinander eine einer bestimmten Schwingungsrichtung, die zu den Kontaktflächen parallel ist, folgende zyklische Reibschwingung ausführen, d.h. die Kontaktflächen reiben aneinander. Dabei werden Schwingungen mit Frequenzen unter 500Hz, vorzugsweise zwischen 100Hz und 240Hz eingesetzt mit Amplituden zwischen 0,2mm und 3mm. Die beiden Halterungen, die an einem Rahmenteil angreifen, z.B. die Halterungen 5a am Rahmenteil Ia, werden dabei in der Regel von separaten Antrieben in Schwingungen versetzt. Die Antriebe sind jedoch hinsichtlich der Frequenz und der Amplitude und vorzugsweise auch hinsichtlich der Phase aufeinander abgestimmt.
Der Schweissdruck und die Reibschwingungen werden über eine Schweisszeit von zwischen 0,2s und 10s aufrechterhalten.
Wegen der verhältnismässig niedrigen Frequenzen wird an den Stellen, wo das jeweilige Rahmenteil gehaltert ist, nicht in nennenswertem Ausmass Wärme erzeugt, sodass keine Aufweichung des Decklacks auftritt. Wegen der Ausrichtung der Reibschwingungen der Kontaktflächen parallel zu denselben können aber verhältnismässig grosse Amplituden gewählt werden, sodass an den Kontaktflächen durch Reibung zwischen denselben rasch verhältnismässig viel Wärme frei wird.
Dadurch wird der Decklack aufgeschmolzen, und zwar derart, dass bei Abweichungen der Kontaktflächen von der idealen Geometrie - z.B. wegen ungleichmässiger Schichtdicke des Lacks - dort, wo ein Ueberschuss vorhanden ist, eine stärkere Aufschmelzung eintritt. Dadurch ergibt sich von selbst ein Ausgleich von Abweichungen, was die Anforderungen an die Genauigkeit herabsetzt und grossere Toleranzen erlaubt .
Am Ende der Schweissphase werden die Schwingungen der Halterungen 5a-d gleichzeitig beendet und allenfalls während einer Haltezeit von bis zu 10s ein Haltedruck aufrechterhalten, der vorzugsweise dem Schweissdruck entspricht. Anschliessend sind die Verbindungen hinreichend fest und die Halterungen 5a-d werden gelöst und der Rahmen 2 entnommen. Schliesslich lässt man den Decklack vollständig aushärten, was z.B. 48h dauern kann.
Die Schwingungen der Paare von Halterungen 5a-d können, wie in Fig. 2 angedeutet, so ausgerichtet und abgestimmt werden, dass die Rahmenteile la-d jeweils etwa einem Sinus folgende Schwingungen gleicher Frequenzen und Amplituden in Längsrichtung ausführen, mit Abstimmung ihrer Phasen derart, dass, wenn sich der obenliegende erste Rahmenteil Ia nach links bewegt, der linke zweite Rahmenteil Ib sich nach unten, der untenliegende dritte Rahmenteil Ic nach rechts und der rechte vierte Rahmenteil Id nach oben bewegt.
Es ist aber auch möglich (Fig. 3), die Halterungen 5a-d so zu bewegen, dass die Rahmenteile la-d jeweils translatorischen Schwingungen in der Rahmenebene senkrecht zur Längsrichtung unterworfen werden. In diesem Fall müssen die Schwingungen, die wiederum von gleicher Frequenz und Amplitude sind, hinsichtlich ihrer Phasen so abgestimmt werden, dass das obere Rahmenteil Ia und das untere
Rahmenteil Ic gegeneinander schwingen, d.h. sich jeweils beide gegen die Rahmenmitte oder von ihr weg bewegen, und desgleichen die beiden seitlichen Rahmenteile Ib, Id. Wenn sich die erstgenannten Rahmenteile Ia, Ic von der Rahmenmitte weg bewegen, müssen sich die seitlichen
Rahmenteile Ib, Id jeweils auf sie zu bewegen und umgekehrt. Neben dieser Grundversion ist es auch möglich, z.B. das erste Rahmenteil Ia unbeweglich zu fixieren und die seitlichen Rahmenteile Ib, Id zu den Kontaktflächen 3; 4 desselben parallele Schwingungen ausführen zu lassen, deren Amplitude derjenigen der Reibschwingung der Kontaktflächen entspricht und dem dritten Rahmenteil Ic eine Schwingung mit um einen Faktor V2 grosserer Amplitude aufzuprägen.
Eine weitere Möglichkeit liegt darin, den Halterungen 5a-d, wie in Fig. 4 angedeutet, jeweils eine senkrecht zur Rahmenebene ausgerichtete Schwingung aufzuprägen. Wiederum haben die Schwingungen gleiche Freqenzen und Amplituden. Die Phasen werden dabei so gewählt, dass die Bewegungsrichtungen des oberen Rahmenteils Ia und des unteren Rahmenteils Ic übereinstimmen, desgleichen die Bewegungsrichtungen der seitlichen Rahmenteile Ib, Id. Die Bewegungrichtung des zuletzt genannten Paares von Rahmenteilen Ib, Id ist dabei aber der des erstgenannten Paares von Rahmenteilen Ia, Ic stets entgegengesetzt, sodass die Relativbewegungen der aneinander anliegenden Kontaktflächen 3, 4 jeweils maximal sind. Die Amplituden der Schwingungen der Rahmenteile la-d müssen daher um einen Faktor 1/2 kleiner sein als diejenige der Reibschwingungen der Kontaktflächen. Auch hier ist es neben dieser Grundversion natürlich möglich, etwa das obere Rahmenteil Ia und das untere Rahmenteil Ic zu fixieren und dafür die Amplituden der Bewegungen der seitlichen
Rahmenteile Ib, Id zu verdoppeln, sodass sie den gewünschten Amplituden der Reibschwingung der Kontaktflächen entsprechen.
Bei diesen Verfahren sind die Bewegungen der beiden an einem Rahmenteil angreifenden Halterungen - etwa der am Rahmenteil Ia angreifenden Halterungen 5a - jeweils von gleicher Frequenz und Amplitude und auch in Phase, sodass die Rahmenteile la-d jeweils rein translatorische Reibschwingungen ausführen. Insbesondere bei der im Zusammenhang mit Fig. 4 geschilderten Möglichkeit ist jedoch auch eine Variante möglich, bei denen die beiden Halterungen mit unterschiedlicher Phase schwingen, z.B. jeweils mit einer Phasenverschiebung von 180°, sodass das entsprechende Rahmenteil als Ganzes eine rotatorische Bewegung z.B. um seinen Schwerpunkt ausführt, während die Reibschwingungen der Kontaktflächen praktisch translatorisch sind.
Die beschriebenen Verfahrensweisen können mit geringen
Abweichungen auch dann ausgeführt werden, wenn die Gehrung von 45° abweicht. In diesem Fall müssen bei der ersten und der zweiten Ausführungsform die Amplituden angepasst und in den Grundversionen bei den seitlichen Rahmenteilen Ib, Id anders gewählt werden als beim oberen Rahmenteil Ia und dem unteren Rahmenteil Ic. Sie können auch auf Rahmen aus mehr als vier Rahmenteilen, z.B. sechs- oder achteckige Rahmen angewandt werden. Im übrigen kann bei ebenen Kontaktflächen die Schwingungsrichtung beliebig in der entsprechenden Ebene liegen und braucht auch nicht konstant zu sein. So können auch andere, nicht translatorische Schwingungen gewählt werden, z.B. indem die einzelnen Halterungen nicht- translatorisch schwingen und den entsprechenden Kontaktflächen eine entsprechende, z.B. einer Kreisbahn folgende Reibschwingung aufprägen oder indem translatorische Schwingungen zu verbindender Teile entsprechend phasenverschoben sind. Andererseits können die Kontaktflächen auch strukturiert sein, z.B. so, dass sie nur in einer Richtung translationsinvariant sind. In diesem Fall muss die Schwingungsrichtung dieser Richtung entsprechen.
Ein Beispiel für solche Kontaktflächen ist Fig. 5 zu entnehmen. Hier ist der Rahmen 2 zusätzlich mit einer mittigen vertikalen Strebe 6 versehen, welche jeweils mit dem oberen Rahmenteil Ia und dem unteren Rahmenteil Ic verbunden ist. Die Kontaktfläche 3' (Fig. 6) am oberen
Rahmenteil Ia und die Kontaktfläche 4' am oberen Ende der Strebe 6 sind dabei deckungsgleich gestuft, derart, dass sie in Längsrichtung des Rahmenteils Ia translationsinvariant sind. Die Kontaktfläche 3' wird dabei einfach von einem Teil der Innenfläche des Rahmenteils Ia gebildet und ist jeweils parallel zur Faser, während die Kontaktfläche 4' der Strebe 6 an deren Ende liegt und senkrecht zu deren in Längsrichtung verlaufender Faser ist.
Die Kontaktfläche 4' der Strebe 6 wird zur Herstellung der Verbindung gegenüber der Kontaktfläche 3' des Rahmenteils Ia in eine Reibschwingung versetzt, die zur Längsrichtung des letzteren parallel ist. In gleicher Weise wird die
Verbindung zwischen dem Rahmenteil Ic und der Strebe 6 hergestellt. Die Anbringung der Strebe 6 kann nach der Herstellung der Verbindungen zwischen den Rahmenteilen la-d erfolgen, doch ist es u.U. auch möglich, sie gleichzeitig vorzunehmen. Werden etwa die Rahmenteile la-d wie im Zusammenhang mit Fig. 2 geschildert verbunden, so kann zugleich die Strebe 6 gegen die Rahmenteile Ia, Ic gepresst und ortsfest gehalten werden. Eine Querstrebe 7 kann dann in einem separaten Arbeitsgang in gleicher Weise mit dem Rahmenteil Id und der Strebe 6 verbunden werden. Es können natürlich auch mehrere solcher Querstreben gleichzeitig angebracht werden.
Eine besondere ästhetische Wirkung kann erzielt werden, wenn die Rahmenteile la-d aufeinanderfolgend aus einem Profil 8 geschnitten und dann derart zu einem Rahmen 2 verbunden werden, dass sie in gleicher Reihenfolge und entsprechender Ausrichtung aufeinanderfolgen. Dazu müssen lediglich dort, wo dann die Ecken des Rahmens 2 zu liegen kommen sollen, entsprechende Winkelstücke 9 aus dem Profil 8 herausgesägt oder -gefräst werden. Die Maserung läuft dann an den Ecken im wesentlichen durch. Lediglich an einer Ecke - in Fig. 8 links unten - ist dies nicht der Fall, da dort die entgegengesetzten Enden des Profils 8 aufeinandertreffen. Die ästhetische Wirkung tritt natürlich nur dann ein, wenn die Maserung sichtbar bleibt. Dies ist sicher dann der Fall, wenn die Lackschicht durchsichtig, insbesondere farblos ist.
Ein Beispiel für eine Wahl von Parametern für die oben beschriebenen Verfahren, die sich als günstig erwiesen hat, ist :
Frequenz: 240Hz
Amplitude: lmm Schweissdruck: lN/mm2
Schweisszeit : 2s
Haltezeit: 4s
Haltedruck: lN/mm2
Im allgemeinen kann die Schweisszeit umso niedriger gewählt werden, je höher Frequenz und Amplitude sind, da die erforderliche Wärme dann rascher freigesetzt wird. Es hat sich aber gezeigt, dass Schweisszeiten, die wesentlich unter 2s liegen, im allgemeinen nicht zuverlässig zu befriedigenden Resultaten führen.
Beim fertiggestellten Rahmen 2 bedecken einander die schräg zur Faser ausgerichteten Kontaktflächen 3, 4 aufeinanderfolgender Rahmenteile jeweils ohne Rest, sodass lediglich Längsholz, aber kein Hirnholz freiliegt. Dies gilt gegebenenfalls auch für die Kontaktflächen der Strebe 6 (Fig. 5, 6) wie die Kontaktfläche 4', die vollständig an der Kontaktfläche 3' am Rahmenteil Ia anliegt. Der Rahmen 2 ist daher sehr gut geschützt und es kann kaum Wasser in das Holz eindringen und auch ein Ansatz von Schimmel oder Bläue oder ein Angriff von Insekten ist sehr erschwert, sodass auch besonders umweltfreundliche Lacke in Frage kommen, die keine Insektizide, Fungizide und Bläuewidrigkeit enthalten.
Aehnliche Vorteile können auch in anderen Fällen mit dem erfindungsgemässen Verfahren erreicht werden. So können z.B. Holzteile gerade aneinander anschliessen, wobei die wiederum deckungsgleich aneinander anliegenden Kontaktflächen wieder jeweils quer zur Faser ausgerichtet sind. Dabei ist neben einer Ausrichtung schräg zur Faser in diesem Fall auch eine Ausrichtung senkrecht zur Faser möglich. Freilich ist ersteres in der Regel günstiger, da die Kontaktflächen grösser sind.
Bezugszeichenliste
la,b,c,d Rahmenteile
2 Rahmen 3, 3', 4, 4' Kontaktflächen
5a,b,c,d Halterungen
6 Strebe
7 Querstrebe
8 Profil 9 Winkelstück

Claims

P A T E N T AN S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Verbindung mindestens eines ersten Holzteils, welches eine Kontaktfläche (3; 3') aufweist mit mindestens einem zweiten Holzteil, welches an einem Ende eine quer zu einer Längsrichtung ausgerichtete Kontaktfläche (4; 4') aufweist, wobei das erste Holzteil und das zweite Holzteil jeweils von einer Lackschicht, welche eine äussere Schicht von ausgehärtetem Decklack umfasst, im wesentlichen vollständig bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser des zweiten Holzteils im wesentlichen in Längsrichtung verläuft und die Kontaktfläche (4; 4') die Faser schneidet sowie dass die Kontaktflächen (3; 3' ) kongruent und mindestens in einer Schwingungsrichtung translationsinvariant sind und zur Herstellung der Verbindung die Kontaktfläche (4; 4') des zweiten Holzteils deckungsgleich an die Kontaktfläche (3; 3') des ersten Holzteils gelegt wird und während einer Schweissphase mindestens einem der Holzteile eine Schwingung aufgeprägt wird derart, dass die letztgenannte Kontaktfläche (3; 3') gegenüber der erstgenannten Kontaktfläche (4; 4') einer Reibschwingung in Schwingungsrichtung unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (3, 4) jeweils im wesentlichen quer, insbesondere schräg oder senkrecht, zur Faser des Holzteils ausgerichtet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kontaktfläche (4') mindestens zum Teil senkrecht zur Faser des Holzteils ausgerichtet ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschwingung jeweils erzeugt wird, indem mindestens eines der Holzteile einer geeigneten translatorischen Schwingung unterworfen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (3, 4) eben sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vier als Rahmenteile (Ia, Ib, Ic, Id) ausgebildete längliche Holzteile jeweils paarweise miteinander verbunden werden, derart, dass sie einen in einer Rahmenebene liegenden geschlossenen, eine Oeffnung umgebenden Rahmen (2) bilden und die Kontaktflächen (3, 4) jeweils im wesentlichen senkrecht zur Rahmenebene und schräg zur Längsrichtung des jeweiligen Rahmenteils (Ia, Ib, Ic, Id) ausgerichtet sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen zwischen den vier Rahmenteilen (Ia, Ib, Ic, Id) gleichzeitig hergestellt werden.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung eines Rahmenteils
(Ia, Ib, Ic, Id) jeweils zu seiner Längsrichtung parallel ist.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung eines Rahmenteils
(Ia, Ib, Ic, Id) jeweils zur Rahmenebene parallel und zu seiner Längsrichtung mindestens annähernd senkrecht ist .
10. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung eines Rahmenteils (Ia, Ib, Ic, Id) jeweils zur Rahmenebene senkrecht ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenteile (Ia, Ib, Ic, Id) aufeinanderfolgend von einem Profil (8) geschnitten und jeweils zur Herstellung des Rahmens (2) in gleicher Reihenfolge aufeinanderfolgend verbunden werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackschicht jeweils durchsichtig, vorzugsweise farblos ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Decklack um einen
Acryllack handelt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Reibschwingung höchstens 500Hz beträgt und vorzugsweise zwischen 100Hz und 240Hz liegt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der Reibschwingung zwischen 0,2mm und 3mm liegt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Schweissphase einer
Schweisszeit von zwischen 0,2s und 10s beträgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (3, 4; 3', 4') während der Schweissphase mit einem Schweissdruck von höchstens 3N/mm2 gegeneinandergedrückt werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (3, 4; 3', 4') nach dem Ende der Schweissphase während einer Haltezeit von vorzugsweise nicht mehr als 10s mit einem Haltedruck gegeneinandergedrückt werden.
19. Verfahren nach den Ansprüchen 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltedruck im wesentlichen dem Schweissdruck entspricht.
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