WO2009094792A1 - Verfahren zum bearbeiten von oberflächen - Google Patents

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WO2009094792A1
WO2009094792A1 PCT/CH2009/000023 CH2009000023W WO2009094792A1 WO 2009094792 A1 WO2009094792 A1 WO 2009094792A1 CH 2009000023 W CH2009000023 W CH 2009000023W WO 2009094792 A1 WO2009094792 A1 WO 2009094792A1
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wood
smoothing
roller
heated
mdf
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PCT/CH2009/000023
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Patrik Moser
Adrian Burri
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Steinemann Technology Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B39/00—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
    • B24B39/06—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor designed for working plane surfaces
    • 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
    • B27M1/00—Working of wood not provided for in subclasses B27B - B27L, e.g. by stretching
    • B27M1/02—Working of wood not provided for in subclasses B27B - B27L, e.g. by stretching by compressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N7/00—After-treatment, e.g. reducing swelling or shrinkage, surfacing; Protecting the edges of boards against access of humidity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B13/00—Machines and apparatus for drying fabrics, fibres, yarns, or other materials in long lengths, with progressive movement
    • F26B13/10—Arrangements for feeding, heating or supporting materials; Controlling movement, tension or position of materials
    • F26B13/14—Rollers, drums, cylinders; Arrangement of drives, supports, bearings, cleaning
    • F26B13/18—Rollers, drums, cylinders; Arrangement of drives, supports, bearings, cleaning heated or cooled, e.g. from inside, the material being dried on the outside surface by conduction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B7/00—Drying solid materials or objects by processes using a combination of processes not covered by a single one of groups F26B3/00 and F26B5/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B2210/00—Drying processes and machines for solid objects characterised by the specific requirements of the drying good
    • F26B2210/16—Wood, e.g. lumber, timber

Definitions

  • the invention relates to a method for processing surfaces, in particular flat, planar components made of wood or wood materials, preferably of MDF or HDF boards.
  • the invention further relates to a device for processing, in particular for smoothing surfaces, preferably of MDF or HDF boards.
  • Thermo-smoothing is based on the effect of thermal energy and mechanical pressure on the surface of wood or wood-based materials.
  • the loose wood fibers are pressed in contrast to machining processes on the surface. Due to the heat from the smoothing tool, such as a smoothing roll, the lignin softens in these fibers and in the upper layers of the wood material. With the aid of the plasticized lignin, the loose wood fibers are fixed to the workpiece surface. The pressure causes an additional compression of the treated surface.
  • the depth of the chemically modified and compacted surface layer depends on the technological parameters of the process and the properties of the material. At a typical exposure time of 10-25 ⁇ s, a low depth effect beyond the mechanically condensed volume can be assumed.
  • the modified layer reaches a thickness of about 50 ⁇ m. From the veneer processing veneer smoothing is known, in which by means of pressure and heat, the waviness of the veneer sheets is reduced. For this purpose, presses are usually used.
  • the surface temperature of the rollers should be 160 ° C-250 ° C.
  • a method for stabilizing the temperature of polishing tools is specified, in which the tool temperature and the temperature rise are measured and subsequently speed and feed of a tool drive are controlled using a fuzzy controller.
  • the invention has for its object to develop a method for processing surfaces, in particular flat, planar components made of wood or wood materials, preferably of MDF or HDF boards, which requires less effort in the surface finishing.
  • the object is solved with the features of claim 1.
  • the object is achieved in that the plate surface is smoothed by means of at least one heated roller which acts on the surface to be treated with a defined pressure substantially transversely to the running direction.
  • the smoothness effect and the thickness of the modified layer depend on the temperature of the roller, the exposure time, the pressure but also on the material properties (proportion of lignin on the surface).
  • the smoothing is done by roll smoothing. Sanded wood panels are only of limited suitability for direct painting as the paint or primer in the grayed-out surface quickly seeps away (knocking it off). Therefore, it is necessary to re-densify the surfaces after grinding and thus to achieve a closed surface as possible.
  • the lacquer intermediate grinding can usually be omitted, as a result of which the entire processing effort can be significantly reduced.
  • the surface of wood-based panels is calibrated according to the invention after the calibration and fine grinding in preparation for the subsequent coating.
  • the big advantage is that after grinding, the MDF or HDF boards have an exact thickness tolerance, which makes it possible to produce aligned furniture fronts and laminate floorings.
  • thermo-smoothing the ground surface to obtain a smooth and closed surface with very low roughness and a significantly reduced absorbency.
  • the new, smoothed and compacted surface has ideal properties for wet and powder coating. Lacquer quantities can be reduced and time-consuming intermediate steps in the coating can be dispensed with.
  • the lignin softening occurs from a temperature of 70-80 0 C depending on the wood material. Due to the short exposure time during roll smoothing tool temperatures of 250-450 0 C are used, where between 300-400 0 C the best and most economical results can be achieved.
  • the required line pressure depends on the material density and can be up to 50kN / m, usually around 5-10 kN / m.
  • the workpiece surface can be preheated to substantially reduce the ⁇ T in the first smoothing roll to the plate surface. This can increase the throughput speed.
  • a further object is to provide a device for processing, in particular for smoothing surfaces, preferably of MDF or HDF boards, which enables a compacted ground surfaces and thus their simplified further processing. This object is achieved with the features of claim 8.
  • Fig. 1 a calender with two rollers
  • Fig. 2 successively arranged smoothing roller pairs.
  • Fig. 1 illustrates a calender with two rollers 1, 2, wherein one of the two rollers 1, 2 can be used as a counter-pressure element and is unheated.
  • the rollers 1, 2 are hardened, ground and z. T. polished.
  • the heating is done by thermal oil, steam or electric.
  • a hydraulic, not shown, pneumatic matic or electromechanical clamping device the line pressure in the nip is infinitely adjustable.
  • transport rollers also not shown, the wood or wood-based panel 3 is continuously transported in the calendering nip.
  • the smoothing rollers could be driven or freely rotating.
  • Fig. 2 shows a plurality of successively arranged Glättwalzencrue 4, 5, 6 to increase the feed rate. It can be achieved speeds of over 50m / min.
  • an optional preheating unit with IR emitter 7 is shown here.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Oberflächen, insbesondere von flächigen, ebenen Bauelementen aus Holz bzw. Holzwerkstoffen, bevorzugt von MDF- oder HDF-Platten, mit dem eine vereinfachte Weiterbearbeitung geschliffener Oberflächen ermöglicht wird. Hierzu werden Holz- oder Holzwerkstoffplatte vor einem Glätten geschliffen.

Description

Verfahren zum Bearbeiten von Oberflächen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Oberflächen, insbesondere von flächigen, ebenen Bauelementen aus Holz bzw. Holzwerkstoffen, bevorzugt von MDF- oder HDF-Platten. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Bearbeiten, insbesondere zum Glätten von Oberflächen, bevorzugt von MDF- oder HDF-Platten.
Durch die spanende Bearbeitung von Holzwerkstoffen, insb. Schleifen von Holzfaserplatten (MDF u. HDF), werden nicht alle Fasern sauber abgetrennt, sondern zum Teil herausgerissen oder angedrückt. Beim nachfolgenden Auftragen von Grundierungen, Lacken oder pulverförmigen Beschichtungen sowie Klebstoffen, wird die Werkstoffoberfläche mit Wasser oder Lösungsmittel benetzt. Dadurch richten sich die Fasern wieder auf und erfordern einen wiederholten Schliff oder Spachteln der Oberfläche, zudem kommt es zum versickern der Beschichtungswerkstoffe was die Auftragsmenge erhöht und die Qualität verschlechtert. Dieser Effekt führt vor allem bei direkt bedruckten Möbelteilen und Laminatfussböden (DPR) mit grosser Produktionsmenge zu hohen Kosten und aufwändigen Zwischenschritten in der Beschichtung.
Das Thermoglätten basiert auf der Einwirkung von thermischer Energie und mechanischem Druck auf die Oberfläche von Holz oder Holzwerkstoffen. Die losen Holzfasern werden dabei im Gegensatz zu spanenden Bearbeitungsverfahren an der Oberfläche verpresst. Auf Grund der Wärmezufuhr aus dem Glättwerkzeug, z.B. einer Glättwalze, erweicht das Lignin in diesen Fasern und in den oberen Schichten des Holzwerkstoffes. Mit Hilfe des plastifizierten Lignins werden die losen Holzfasern an der Werkstückoberfläche fixiert. Durch die Druckeinwirkung kommt es zu einer zusätzlichen Verdichtung der behandelten Oberfläche. Die Tiefe der chemisch modifizierten und verdichteten O- berflächenschicht ist von den technologischen Parametern des Verfahrens und den Eigenschaften des Werkstoffs abhängig. Bei einer typischen Einwirkungszeit von 10-25μs ist von einer geringen Tiefenwirkung über das mechanisch verdichtete Volumen hinaus auszugehen. Die modifizierte Schicht errecht eine Dicke von ca. 50 μm. Aus der Furnierbearbeitung ist das Furnierglätten bekannt, bei dem mittels Druck und Wärme die Welligkeit der Furnierblätter reduziert wird. Dazu werden in der Regel Pressen verwendet.
In der Möbelindustrie wurden in der Vergangenheit zunehmend auch 3D-Möbelfronten aus MDF hergestellt. Die Innen- und Aussenprofile werden dabei gefräst, was durch die erhöhte Rauheit bei der folgenden Beschichtung mit Farben, Lack oder pulverförmigen Beschichtungsmaterialien zum versickern dieser Beschichtungen führte. Am Institut für Holztechnologie in Dresden (IHD) wurden Verfahren entwickelt, um mit beheizten Werkzeugen durch Druck und Reibung die Oberfläche wieder zu glätten. Dies führte zu glatten und verschlossenen Oberflächen, wodurch Lack- und Farbmengen erheblich reduziert werden konnten und das Pulverbeschichten überhaupt ermöglicht wurde. Mittlerweile gelten neben dem Schleifen vier Glättverfahren für die Nachbearbeitung von gefrästen Konturen von MDF-Werkstoffen als verfahrenstechnisch entwickelt. „Reibglätten" von Konturen mittels rotierender und durch Friktion erwärmter Werkzeuge in CNC- Oberfräsmaschinen, „Rollglätten" von profilierten Schmalflächen mittels beheizter Rollen ohne eigenen Antrieb nach Durchlaufbearbeitungsmaschinen (Doppelendprofiler), „Fixglätten" mittels beheizter, nicht rotierender Werkzeuge in CNC-Oberfräsmaschinen und „Ultraschallglätten" im Durchlaufverfahren durch Hochleistungsultraschall angeregte flache Werkzeuge.
Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zum Trocknen und Glätten von Furnierblättern mittels erwärmter Walzen, die mit definiertem Druck längs einer Linie auf die zu behandelnden Oberflächen einwirken (DE-C-4213690), wodurch die Furnierblätter verdichtete, seidenartig glänzende Oberflächen erhalten sollen. Die Oberflächentemperatur der Walzen soll dabei 160°C-250°C betragen. In der DE-C-19518365 ist ein Verfahren zur Stabilisierung der Temperatur von Glättwerkzeugen angegeben, bei dem die Werkzeugtemperatur sowie der Temperaturanstieg gemessen werden und nachfolgend Drehzahl und Vorschub eines Werkzeugantriebes unter Verwendung eines Fuzzy-Reglers geregelt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bearbeiten von Oberflächen, insbesondere von flächigen, ebenen Bauelementen aus Holz bzw. Holzwerkstoffen, bevorzugt von MDF- oder HDF-Platten zu entwickeln, das einen geringeren Aufwand bei der Oberflächenveredelung erfordert.
Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Plattenoberfläche mittels mindestens einer erwärmten Walze, die auf die zu behandelnde Oberfläche mit definiertem Druck im wesentlichen quer zur Laufrichtung einwirkt, geglättet wird. Der Glätteffekt und die Dicke der modifizierten Schicht hängen von der Temperatur der Walze, der Einwirkungszeit, dem Druck aber auch von den Werkstoffeigenschaften (Anteil Lignin an der Oberfläche) ab. Das Glätten erfolgt durch Rollglätten. Geschliffene Holzplatten sind für eine Direktlackierung an sich nur bedingt geeignet, da Lack oder Grundierung in der aufgrauten Oberfläche schnell versickern (wegschlagen). Von daher ist es notwendig, die Oberflächen nach dem Schleifen wieder zu verdichten und so eine möglichst geschlossene Oberfläche zu erzielen. Dadurch kann nicht nur wesentlich an Lackmengen eingespart werden, sondern auch meist der Lackzwischenschliff weggelassen werden, wodurch sich der gesamte Bearbeitungsaufwand deutlich reduzieren lässt. Im Gegensatz zum Stand der Technik, durch Fräsen profilierte MDF-Werkstücke zu glätten um bei der Beschichtung einen Zwischenschliff zu vermeiden, wird erfindungsgemäss die Oberfläche von Holzwerkstoffplatten nach dem Kalibrier- und Feinschliff als Vorbereitung für die nachfolgende Beschichtung geglättet. Der grosse Vorteil liegt darin, dass die MDF- oder HDF-Platten nach dem Schleifen eine genaue Dickentoleranz aufweisen, die es ermöglicht fluchtende Möbelfronten und Laminatfussböden herzustellen. Durch das Thermoglätten der geschliffenen Oberfläche erhält man eine glatte und geschlossene Oberfläche mit sehr geringer Rauheit und eine wesentlich verringerte Saugfähigkeit. Die neue, geglättete und verdichtete Oberfläche weist ideale Eigenschaften für die Nass- und Pulverlackie- rung auf. Lackmengen können reduziert und auf aufwändige Zwischenschritte in der Beschichtung kann verzichtet werden.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen offenbart. Die Ligninerweichung erfolgt ab einer Temperatur von 70-800C je nach Holzwerkstoff. Aufgrund der kurzen Einwirkungszeit beim Rollglätten werden Werkzeugtemperaturen von 250-4500C eingesetzt, wobei zwischen 300-4000C die besten und wirtschaftlichsten Resultate erreicht werden können. Der benötigte Liniendruck hängt von der Werkstoffdichte ab und kann bis zu 50kN/m betragen, üblicherweise bewegt er sich um 5-10 kN/m.
Wird eine sehr glatte Glättwalze mit einer erhöhten oder verringerten Umfangsgeschwindigkeit zur Werkstückvorschubgeschwindigkeit gedreht, gleitet die Walzenoberfläche auf der Holzoberfläche und man erhält man einen zusätzlichen Glätteffekt. Dabei muss aber der Druck vermindert werden, um die entstehende Friktionswärme und den Verschleiss in Grenzen zu behalten.
Mit einem geeigneten Wärmeverfahren, zum Beispiel einem IR-Strahler, kann die Werkstückoberfläche vorgewärmt werden, damit das ΔT bei der ersten Glättwalze zur Plattenoberfläche wesentlich verringert wird. Dadurch kann die Durchlaufgeschwindigkeit gesteigert werden.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Bearbeiten, insbesondere zum Glätten von Oberflächen, bevorzugt von MDF- oder HDF-Platten zu schaffen, die ein verdichten geschliffener Oberflächen und damit deren vereinfachte Weiterbearbeitung ermöglicht. Diese Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen die
Fig. 1 : einen Kalander mit zwei Walzen
Fig. 2: hintereinander angeordnete Glättwalzenpaare.
Fig. 1 veranschaulicht einen Kalander mit zwei Walzen 1 , 2, wobei eine der beiden Walzen 1, 2 als Gegendruckelement eingesetzt werden kann und unbeheizt ist. Die Walzen 1, 2 sind gehärtet, geschliffen und z. T. poliert. Die Beheizung erfolgt durch Thermoöl, Dampf oder elektrisch. Mittels einer nicht dargestellten hydraulischen, pneu- matischen oder elektromechanischen Spanneinrichtung, ist der Liniendruck im Walzenspalt stufenlos einstellbar. Mit ebenfalls nicht dargestellten Transportwalzen wird die Holz- oder Holzwerkstoffplatte 3 kontinuierlich in den Glättwalzenspalt transportiert. Die Glättwalzen könnten je nach Ausführung angetrieben oder frei drehend sein.
Fig. 2 zeigt mehrere hintereinander angeordnete Glättwalzenpaare 4, 5, 6 zur Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit. Es können so Geschwindigkeiten von über 50m/min erreicht werden. Zusätzlich ist hier noch eine optionale Vorheizeinheit mit IR-Strahler 7 aufgezeigt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bearbeiten von Oberflächen, insbesondere zur Verminderung der Rauhigkeit von Oberflächen von flächigen, ebenen Bauelementen aus Holz bzw. Holzwerkstoffen, bevorzugt von MDF- oder HDF-Platten, mittels mindestens einer rotierenden erwärmten Walze (1 ), die auf die zu behandelnde Oberfläche quer zur Laufrichtung einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Holz- oder Holzwerkstoffplatte vorgängig geschliffen wurde.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ebenfalls ein Gegendruckelement zur Walze (1 ) als beheizte Glättwalze ausgeführt ist und dadurch beide Seiten der Holz- oder Holzwerkstoffplatte geglättet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlaufgeschwindigkeit durch mehrere hintereinander angeordnete Glättwalzen oder Glättwalzenpaare erhöht werden kann.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Glättwalze mit einer zur Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks unterschiedlichen Oberflächengeschwindigkeit rotiert.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche unmittelbar vor dem Glätten mit einem berührungslosen Heizverfahren, insbesondere Infrarot aufgeheizt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Walzentemperatur zwischen 3000C und 4000C beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die geglätteten Holzwerkstoffplatten für den Direktdruck und -Lackierung von Lami- natfussböden und Möbelfronten verwendet werden.
8. Vorrichtung zum Bearbeiten, insbesondere zum Glätten von Oberflächen, bevorzugt von MDF- oder HDF-Platten enthaltend mindestens eine beheizte Walze und ein Gegendruckelement.
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