WO2011079934A1 - Verfahren zum herstellen eines partikelbasierten elements - Google Patents

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WO2011079934A1
WO2011079934A1 PCT/EP2010/007895 EP2010007895W WO2011079934A1 WO 2011079934 A1 WO2011079934 A1 WO 2011079934A1 EP 2010007895 W EP2010007895 W EP 2010007895W WO 2011079934 A1 WO2011079934 A1 WO 2011079934A1
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particle
mass
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particles
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Martin Denesi
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Martin Denesi
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    • 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
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • 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
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/005—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres and foam
    • 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
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/08—Moulding or pressing
    • B27N3/10—Moulding of mats
    • B27N3/14—Distributing or orienting the particles or fibres

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a particle-based element, in particular a chipboard or fiberboard.
  • a method for producing a particle-based element in particular a chipboard or fiberboard.
  • Such a method generically comprises the provision of a particle mass with a multiplicity of particles and the pressing of the particle mass.
  • No. 3,385,749 discloses a glass-fiber-reinforced element in which glass fibers are arranged in different amounts in a foamed matrix in order to achieve high structural stability with low weight.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing a particle-based element which can be operated economically and the production of particle-based elements with customized
  • the particulate mass is pressed into a particle-based element having regions of different density, the particulate mass having particles of substantially the same density before pressing.
  • a region of higher density is created, whereby a targeted density distribution can be achieved in the particle-based element by a simple method.
  • the regions of higher density advantageously have a higher stability and thus allow for a slight increase in the weight of the particle-based element a substantial improvement in the structural stability.
  • the targeted design of the flexibility of the component is possible.
  • the second part of the particle mass is arranged in a continuous matrix.
  • the second part forms a structurally continuous shape in which the first part of the particle mass is arranged.
  • the second part of the particle mass thus determines the global, structural properties of the particle-based element, while the first part of the particle mass, the local properties in the range of its arrangement but also global properties such. B. affects the weight of the particle-based element.
  • the second part of the particle mass is arranged in a lattice structure.
  • a lattice structure allows a uniform distribution of the second part of the particle mass and thus in particular an improvement in the structural stability of the particle-based element.
  • the second part of the particle mass is compressed more strongly during the pressing than the first part of the particle mass. Due to the increased compression, the second part of the particle mass forms a structurally more stable element that enhances the particle-based element. Furthermore, it is possible with only one pressing process, a component with areas of different material compression
  • the first part of the particle mass can be compressed more strongly during the pressing than the second part of the particle mass.
  • the matrix consisting of the second part of the particle mass is not the more compressed part but the first part arranged therein.
  • the properties of the particle-based element can also be influenced in a different direction, for example by a deliberately more flexible design of the particle-based element.
  • the second part of the particle mass in the longitudinal direction of the particle-based element between a bottom side region and a
  • Area moment of inertia can be effected by reinforced areas outside the neutral fiber of the particle-based element.
  • the lower side region and the upper side region of the particle-based element are structurally connected by the second part of the particle mass, which can further increase the stability, especially since in many particle-based elements the upper side region and lower side region have a higher stability and hardness than the inner region of the element.
  • the second part of the particle mass is still wavy in the
  • Width direction of the particle-based element formed is formed.
  • a substantial increase in the structural stability in both the width direction and in the longitudinal direction of the element can be made possible.
  • different types of particles are disposed in the particle-based element.
  • the different types of particles may have different compression properties, but also a variety of other different characteristics, such as differences in the Density, ductility, hardness, brittleness, fracture behavior,
  • a first type of particulate is conveyed and a second type of particulate is passed through
  • Particle feed tool supplied to the first type of particles before the
  • a different treatment of the first and / or the second part of the particle mass is performed.
  • the treatment the compression properties of the particle mass can be changed. In general, however, it is also possible that further properties of the particle mass are changed by the treatment.
  • the treatment of a portion of the particulate mass may include the introduction of a chemical agent.
  • a chemical agent is the introduction of adhesive and / or hardener to pre-strengthen parts of the particle mass and thus their
  • the treatment of a part of the particle mass can also be done by the introduction of water.
  • a particle mass which consists for example of wood fibers or similar fiber materials is softened by the introduction of water and thus has a higher compressibility, so that this part can be compressed more during pressing.
  • the introduction of water in a variety of organic fiber materials can lead to the release of natural adhesives, which has introduced the part of the particle mass in the water, can solidify after curing.
  • the treatment of a part of the particle mass can be done by the introduction of energy, in particular by a heat treatment.
  • the introduction of energy, especially heat can change the properties of the fibers in terms of their compressibility.
  • a bonding of the fibers can be achieved if the introduction of energy is carried out in combination with the introduction of adhesive and / or hardener.
  • Particle mass is moved. It can thereby be achieved that a local treatment can take place within the not yet compacted particle mass in a targeted manner, which makes it possible to arrange even more complex structures of differently treated areas in the particle mass in a simple and cost-effective way.
  • the tool may extend in a waveform with respect to the longitudinal direction.
  • a foamable agent may be introduced into a first portion of the particle mass, wherein the foamable agent expands into a foam within the particle mass after pressing.
  • the introduction of the foam influences both the compressibility of the particle mass in this area, and further allows after pressing an additional expansion, which reduces the density of the particle mass in this area and thus a
  • the particles of the particle mass are preferably chip-shaped and / or fibrous.
  • wood chips and / or natural fiber are used.
  • plastic chips is also possible.
  • the particle-based element is preferably plate-shaped.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a particle mass provided in one
  • FIG. 2 shows a sectional view of the particle mass during the pressing process in the embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 3 shows a sectional view of the treatment of the particle mass in one
  • FIG. 4 shows a perspective sectional view of a particle-based element in the form of a plate produced using an embodiment of the method according to the invention
  • Figure 5 shows a perspective sectional view of another with a
  • Figure 6 shows a sectional view during the introduction of a foamable
  • FIG. 7 shows a sectional view of the particle mass with the foamable agent during the pressing process in the embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 8 shows a schematic view of an apparatus for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 9 shows a perspective view of the particle mass during the process
  • FIG. 10 shows a perspective view of the particle mass during the
  • FIG. 1 shows in a cross-sectional view how a particle mass 1 with a large number of particles is provided on a substrate 2.
  • a first part 3 of the particle mass 1 which is characterized in FIGS. 1 and 2 by hatching, is arranged in a targeted manner in a second part 4 of the particle mass 1.
  • the particles are shown simplified in a circle, wherein chips and / or fibers, which have an elongated shape, can generally be used as particle mass for the method.
  • the individual regions of the first part 3 are completely surrounded by the second part 4 of the particle mass 1. Furthermore, the arrangement of the individual regions of the first part 3 in the length direction L takes place alternately near the upper side and the lower side of the particle mass 1.
  • the first part 3 of the particle mass 1 has different compression properties with respect to the second part 4 of the particle mass.
  • the different ones are different ones.
  • Compression properties can be achieved, for example, by the use of differently compressible particles or by the use of
  • the particle mass 1 shown in FIG. 1 is only a section in the length direction L of the total particle mass provided.
  • the particle mass 1 has a significantly higher propagation in the longitudinal direction L with respect to the vertical direction H, wherein in the longitudinal direction L the illustrated arrangement of the first part 3 and the second part 4 of the particle mass periodically is not repeated periodically.
  • irregular arrangements may be provided.
  • the quantity ratio between the first part 3 and the second part 4 can be changed locally. This allows, for example, the reduction of weight in areas where less stability is required, or a local reinforcement of areas in which connection means, such as e.g. Screws to be provided.
  • the particle mass 1 is then compressed by applying a force F in the height direction H by means of a pressing process shown in FIG.
  • FIG. 3 shows a possibility of achieving an arrangement according to the invention of the first part 3 of the particle mass 1 with respect to the second part 4 of the particle mass 1.
  • a particulate mass 1 having a plurality of particles is provided on a substrate 8.
  • the base 8 has a recess 9, in which a lower treatment tool 10 is arranged, which acts on a local lower part 1 1 of the particulate mass 1.
  • a treatment tool 12 is provided, which acts on a local upper part 13 of the particle mass 1.
  • the local lower and upper part 1 1, 13 of the particle mass are shown hatched.
  • the local lower part 11 and the local upper part 13 together form the first part 3 of the particle mass 1, while the remaining particle mass forms the second part 4.
  • the first part 3 extends in the case of Figure 3 to the bottom or top of the particle mass. 1
  • the action on the particle mass 1 by the treatment tool 12 can be carried out, for example, by means of a heat treatment, which enables a precuring of the particle mass in the areas 11, 13, so that the particle mass in the first part 3 has a lower compressibility, and thus less during the subsequent pressing operation is compressed as the second part 4 of the particle mass.
  • the treatment tools 10, 12 can also be used to reduce the compressibility of the particle mass 1 in certain areas. This can be achieved, for example, by introducing a chemical agent which softens the particle mass, as a result of which the particle mass in the treated area can be compressed more intensely.
  • water can be deliberately introduced into parts of the particle mass, whereby a particle mass of organic fibers, in particular wood chips, can be softened and thus a higher
  • FIG. 4 shows a perspective view of a plate-shaped, particle-based element which can be produced by means of the method according to the invention.
  • the particle-based element is in particular a chipboard made of wood chips or a fiber board made of natural fibers.
  • the particle-based element 5 is shown as a sectional view in the longitudinal direction L and width direction B, so that the
  • the particle-based element 5 has a region of increased stability 14, which extends undulating in the longitudinal direction L of the particle-based element 5 and is embedded in a region of lower density 15.
  • the region of increased stability extends from a bottom side region to a top side region of the particle-based element 5.
  • the region of increased stability 14 is formed in particular by the more compressed part of the particle mass.
  • the flexural rigidity of the pticle-based element 5 is increased by virtue of the fact that the area of increased stability owing to its wavy shape forms regions outside the neutral zone of the plate-shaped, particle-based element 5 combines.
  • the flexural rigidity of the particle-based element 5 is increased in particular in the width direction B.
  • the region of increased stability is formed by the second part 4 of the particle mass 1 as shown in FIG.
  • the first part 3 of the particle mass forms the low-density region 15.
  • FIG. 5 shows a product produced by means of a method according to the invention
  • plate-shaped, particle-based element 5 is shown in a perspective sectional view in the width direction B and the longitudinal direction L.
  • the region of increased stability 14 extends undulating in both the longitudinal direction L and in the width direction B.
  • the region of increased stability 14 extends from a bottom side region to a top side region of the particle-based element 5.
  • the particle-based element 5 has an upper layer 17 of increased stability 17, which forms a surface of the particle-based element 5.
  • the particle-based element 5 a lower layer of increased stability 18, which forms a bottom of the particle-based element.
  • the undulating region of increased stability 16 merges seamlessly into the upper layer 17 and the lower layer 18.
  • the remaining region 15 of the particle-based element 5 forms a region of lower density.
  • the upper layer 17 and the lower layer 18 are preferably also formed by the second part 4 of the particle mass 1 as shown in FIG. Alternatively, additional particles can be arranged in this area before the pressing process, which cause the increased stability of the upper layer 17 and lower layer 18. Additionally or alternatively, an upper layer and lower layer can be applied before or after pressing as a separate component.
  • a particle-based element 5 can be produced according to Figure 5, which has an increased structural stability and a high stability in the region of the top and bottom with relatively low weight.
  • Figure 6 and Figure 7 is another embodiment of the invention
  • Recess 9 has provided. Through the recess 9 is a lower
  • Treatment tool 20 is provided, by means of which a foamable agent, here polyurethane 19, in a local lower part 1 1 of the particle mass 1 can be introduced.
  • a foamable agent here polyurethane 19
  • the particle mass 1 is arranged between a base 2 and an upper part of a press and subjected to a pressing operation with the force F in the vertical direction H.
  • the foaming of the polyurethane 19 can also be triggered by the additional introduction of energy, heat or water.
  • the particle-based element 5 thus produced has the advantage that in the
  • FIG. 8 shows a sectional view of a system 22 for the continuous production of a particle-based element 23 by means of a method according to the invention.
  • the plant 22 is generally divided into a delivery device 24 and a subsequent pressing device 25.
  • Conveying element such. As a conveyor belt, scattered and promoted in the conveying direction T.
  • the particulate mass 28 forms a particulate mat 29 having a generally uniform thickness in the high direction H.
  • the particulate mat 29 is conveyed to a plurality of upper dies 30 and lower dies 31, which selectively target a first portion of the particulate mass in a desired matrix consisting of a second part of the particle mass allow.
  • the upper and lower dies 30, 31 are respectively fixed to an upper circumferential band 32 and lower circumferential band 33, respectively.
  • the upper band 32 and the lower band 33 revolve at such a speed that the tools 30, 31 located at or near the particle mass move in the conveying direction T at the same speed as the particle mass 29.
  • the tools 30, 31 can be embodied as particle feed tools which introduce into a local upper part 34 and a local lower part 35 of the particle mat 29 further particles which form a first part of the particle mass, which has different compression properties to the rest, second part of the particle mass 28, which was sprinkled from the container 27 has.
  • the tools 30, 31 may also be designed as treatment tools which treat the particle mat 29 in the local upper region 34 and in the local lower region 35 such that a first part of the particle mass is formed in these regions and a second part of the particle mass not by the treated part of the particle mat 29 have different compression properties.
  • the tools 30, 31 are designed for introducing a foamable agent into the local upper part 34 and the local lower part 35 of the particle mat 29.
  • the tools 30, 31 may have attachments that protrude into the particle mat 29. In this way, if the tools 30, 31 are particle feeding tools, it is also possible to introduce particles into the interior of the particle mat 29. Furthermore, if the tools 30, 31 are treatment tools, the interior of the particle mat 29 can be treated in a targeted manner. With the use of foamable agents, introduction of the foamable agent, as shown in FIG. 6, can take place.
  • an upper layer 36 and a lower layer 37 is placed on the upper side or lower side of the particle mass 29.
  • the upper layer 36 and the lower layer 37 are formed of a durable material that forms the surface of the particle-based element.
  • the particle mat 29 is fed together with the upper layer 36 and the lower layer 37 to the pressing device 25, which is formed by an upper pressing tool 38 and a lower pressing tool 39.
  • the pressing tools 38, 39 are designed as circumferential bands and thus allow the pressing of the particle mat 29, the upper layer 36 and the lower layer 37 in a continuous
  • FIG. 9 shows an alternative possibility for arranging a first part 3 of FIG.
  • tools 40 are arranged in a scattering region 42 of the particle mass 28.
  • the particulate mass 28 is in turn provided by sprinkling from a container 27 in the scattering area 41 while conveying in the conveying direction T.
  • the tools 42 are designed to provide a continuous, periodic reciprocation in the direction W1 along the Execute the top of the particle mass 28 in the scattering area 41, so that a wavy arranged second part 4 with respect to the first part 3 of the particle mat 29 is achieved.
  • the tools 40 may in turn either supply additional particles which treat existing particles in the spreading area 41, or introduce a foamable agent into the particle mass 28.
  • a tool arranged continuously over the entire width can also be provided.
  • the first part 3 of the particle mat 29 is shown transparent, so that the arrangement of the second part 4 can be better recognized. Furthermore, the second part 4 has a certain expression in the height direction H, which was neglected in the course of better representability.
  • FIG. 10 in turn, the arrangement of the particle mass 28 is shown, wherein a particle mat 29 with a second part 4, which is arranged wave-shaped in the first part 3, is created. For this is in the conveying direction T after the
  • a tool 42 is provided which is disposed within the particle mass 28 and in the tool movement direction W2, d. H. in the vertical direction, moved. Due to the flat design of the tool 42, the particle mass 28 flows in the conveying direction T without significant deflection of the tool 42 over.
  • the tool 42 allows at its end facing away from the Aufstreu Victoria 41 targeted placement of the second part 4 with respect to the first part 3 of the particulate mass 28.
  • an opening may be provided in the tool 42, which allows the introduction of further particles.
  • Embodiment allows the tool 42 the targeted treatment of
  • a frothable agent is introduced into the particle mass 28 by means of the tool 42.
  • the tool can be arranged so that it extends in the width direction B with a longitudinal direction L, or conveying direction T, formed waveform.
  • a stationary tool can also be provided within the particle mass
  • the production of the particle-based element can be carried out not only by a flow method as shown in the embodiments in FIGS. 8 to 10, but also by arranging the first part and the second part stationary and compressing the particle mass in a fixed one Plate, contact or multi-daylight press.
  • binders For bonding the particles, in particular the wood chips, or natural fibers, which are used as particles in a variety of applications, various binders are possible.
  • a commonly used binder is urea-formaldehyde resin (UF resin).
  • UF resin urea-formaldehyde resin
  • phenol-formaldehyde resins can be used which also have the advantage of being water resistant.
  • a variety of mixed resins containing phenol and / or melamine can be used as a binder.
  • the chips can also be bound by means of isocyanate.
  • the individual chips can be connected with adhesives.
  • adhesives for example, lignin, tannin, carbohydrates, bone glue, blood glue or protein glues.
  • other adhesives such as.
  • epoxy resin can be used.
  • particle types may also be provided in the method according to the invention with further differences which are briefly discussed below and which allow various advantages.
  • a different density of the first and the second part of the particle mass can be provided, whereby the weight and stability property of the particle-based element can be significantly influenced.
  • particles with a different hardness can be provided in order to locally increase the hardness of the particle-based element.
  • the elasticity of the particle-based element can be specifically influenced by the fact that one part of the particle mass has a different elasticity to another part of the particle mass.
  • both the elasticity of the particle-based element itself, as well as the local compliance of the particle-based element can be adapted for different purposes.
  • the magnetic permeability of a portion of the particle mass can be selectively changed, for example by one
  • the thermal properties of parts of the particle mass can be influenced in order to enable the use of the particle-based element also in regions of elevated or low temperature. Further differences in the parts of the particle mass may lie in the viscosity, the melting behavior and the boiling behavior. Also, for certain applications an arrangement of particle mass with different electrical conductivity may be of interest. In still other applications, a different light stability of the first and the second part of the particle mass can be provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines partikelbasierten Elements (5, 23), insbesondere einer Spanplatte, bzw. Faserplatte, wobei eine Partikelmasse (1, 28) mit einer Vielzahl an Partikeln bereitgestellt wird. Ein erster Teil (3) der Partikelmasse (1, 28) wird in einer gewünschten Matrix bestehend aus einem zweiten Teil (4) der Partikelmasse (1, 28) im Zuge des Bereitsteilens der Partikelmasse (1, 28) gezielt angeordnet, wobei der erste Teil (3) der Partikelmasse (1, 28) und der zweite Teil (4) der Partikelmasse (1, 28) unterschiedliche Kompressionseigenschaften aufweisen. Die bereitgestellte Partikelmasse (1, 28) wird gepresst.

Description

Verfahren zum Herstellen eines partikelbasierten Elements
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines partikelbasierten Elements, insbesondere einer Spanplatte, bzw. Faserplatte. Ein derartiges Verfahren umfasst gattungsgemäß das Bereitstellen einer Partikelmasse mit einer Vielzahl an Partikeln und das Pressen der Partikelmasse.
So offenbart die internationale Patentanmeldung WO 2005/046950 A1 das Anordnen von Holzpartikeln und Pressen derselben zu einer partikelbasierten Platte, wobei ein Bereich höherer Dichte durch Anordnen einer größeren Anzahl von Partikeln in diesem Bereich erreicht wird. Somit wird lokal eine erhöhte Festigkeit über den gesamten Querschnitt von der Oberseite bis zur Unterseite der Platte erreicht. Allerdings wird das Gewicht der Platte erheblich erhöht, und die globale strukturelle Stabilität der Platte nicht wesentlich verbessert.
Im US-Patent US 6,51 1 ,567 B1 wird ein Holzbauteil offenbart, in dem ein
Zwischenelement so zwischen einer Ober- und Unterplatte angeordnet wird, dass Hohlräume entstehen. Die Herstellung eines solchen Holzbauteils ermöglicht das Einsparen von Material, allerdings ist der Fertigungsprozess relativ aufwendig. Zudem können sich die Hohlräume in vielen Anwendungsbereichen negativ auswirken, so z. B. wenn Verbindungsmittel an dem Bauteil angebracht werden sollen oder wenn das Bauteil einer Druckbelastung standhalten soll.
In einem gattungsfremden Gebiet der Technik wird von der US Patentschrift
US 3,385,749 ein glasfaserverstärktes Element offenbart, in dem in einer geschäumten Matrix Glasfasern in unterschiedlicher Menge angeordnet werden um eine hohe strukturelle Stabilität bei geringem Gewicht zu erreichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zum Herstellen eines partikelbasierten Elements bereitzustellen, das ökonomisch betrieben werden kann und die Herstellung von partikelbasierten Elementen mit maßgeschneiderten
Struktureigenschaften ermöglicht.
Dies wird erreicht durch gezieltes Anordnen eines ersten Teils der Partikelmasse in einer gewünschten Matrix bestehend aus einem zweiten Teil der Partikelmasse im Zuge des Bereitstellens der Partikelmasse, wobei der erste Teil der Partikelmasse und der zweite Teil der Partikelmasse unterschiedliche Kompressionseigenschaften aufweisen. Durch die unterschiedlichen Kompressionseigenschaften und dadurch, dass ein Teil der Partikelmasse eine Matrix bildet, wird erreicht, dass eine Struktur innerhalb des partikelbasierten Elements ausgebildet werden kann, die verschiedenartige Vorteile hat. So kann durch eine derartige Anordnung vor allem die strukturelle Stabilität des partikelbasierten Elements erhöht werden. Es ist aber auch vorstellbar, durch eine andere Wahl der Kompressionseigenschaften und/oder der Anordnung des ersten Teils ein partikelbasiertes Element zu erzeugen, das flexibel aber dennoch beständig ist. Das Verfahren ist auch für andere Zwecke der gezielten Anordnung von Materialen mit verschiedenen Eigenschaften geeignet.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Partikelmasse zu einem partikelbasierten Element mit Bereichen unterschiedlicher Dichte gepresst, wobei die Partikelmasse vor dem Pressen Partikel mit im Wesentlichen gleicher Dichte aufweist. In Bereichen in denen ein geringerer Kompressionswiderstand vorliegt, wird somit ein Bereich höherer Dichte geschaffen, wodurch mittels eines einfachen Verfahrens eine gezielte Dichteverteilung in dem partikelbasierten Element erreicht werden kann. Die Bereiche höherer Dichte weisen vorteilhafterweise eine höhere Stabilität auf und erlauben somit bei geringer Erhöhung des Gewichts des partikelbasierten Elements eine wesentliche Verbesserung der strukturellen Stabilität. Alternativ ist aber auch die gezielte Auslegung der Flexibilität des Bauteils möglich.
Vorteilhafterweise wird der zweite Teil der Partikelmasse in einer kontinuierlichen Matrix angeordnet. Somit bildet der zweite Teil eine strukturell kontinuierliche Form in der der erste Teil der Partikelmasse angeordnet ist. Der zweite Teil der Partikelmasse bestimmt damit die globalen, strukturellen Eigenschaften des partikelbasierten Elements, während der erste Teil der Partikelmasse die lokalen Eigenschaften im Bereich von dessen Anordnung aber auch globale Eigenschaften wie z. B. das Gewicht des partikelbasierten Elements beeinflusst.
In einem Ausführungsbeispiel ist der zweite Teil der Partikelmasse in einer Gitterstruktur angeordnet. Eine Gitterstruktur ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung des zweiten Teils der Partikelmasse und somit insbesondere eine Verbesserung der strukturellen Stabilität des partikelbasierten Elements. Vorteilhafterweise wird der zweite Teil der Partikelmasse während des Pressens stärker komprimiert als der erste Teil der Partikelmasse. Durch die stärkere Komprimierung bildet der zweite Teil der Partikelmasse ein strukturell stabileres Element, dass das partikelbasierte Element verstärkt. Weiterhin wird dadurch mit nur einem Pressvorgang ermöglicht, ein Bauteil mit Bereichen unterschiedlicher Materialkomprimierung
herzustellen.
Alternativ kann aber auch der erste Teil der Partikelmasse während des Pressens stärker komprimiert werden als der zweite Teil der Partikelmasse. In diesem Fall ist nicht die Matrix, bestehend aus dem zweiten Teil der Partikelmasse, der stärker komprimierte Teil, sondern der darin angeordnete erste Teil. Somit können die Eigenschaften des partikelbasierten Elements auch in anderer Richtung beeinflusst werden, beispielsweise durch eine gezielt flexiblere Gestaltung des partikelbasierten Elements.
In einem Ausführungsbeispiel kann der zweite Teil der Partikelmasse in Längsrichtung des partikelbasierten Elements zwischen einem Unterseitenbereich und einem
Oberseitenbereich des partikelbasierten Elements wellig ausgeformt werden. Die wellige Ausformung des zweiten Teils der Partikelmasse ermöglicht eine Erhöhung der strukturellen Stabilität des partikelbasierten Elements, da eine Erhöhung des
Flächenträgheitsmoments durch verstärkte Bereiche außerhalb der neutralen Faser des partikelbasierten Elements bewirkt werden kann. Zudem wird der Unterseitenbereich und der Oberseitenbereich des partikelbasierten Elements durch den zweiten Teil der Partikelmasse strukturell verbunden, wobei dies die Stabilität weiter erhöhen kann, insbesondere da in vielen partikelbasierten Elementen der Oberseitenbereich und Unterseitenbereich eine höhere Stabilität und Härte aufweisen als der innere Bereich des Elements.
Vorteilhafterweise ist der zweite Teil der Partikelmasse weiterhin wellig in der
Breitenrichtung des partikelbasierten Elements ausgeformt. Somit kann eine wesentliche Erhöhung der strukturellen Stabilität sowohl in Breitenrichtung als auch in Längsrichtung des Elements ermöglicht werden.
In einem Ausführungsbeispiel werden unterschiedliche Arten von Partikeln in dem partikelbasierten Element angeordnet. Die unterschiedlichen Arten von Partikeln können unterschiedliche Kompressionseigenschaften, aber auch eine Vielzahl weiterer unterschiedlicher Charakteristika aufweisen, wie beispielsweise Unterschiede in der Dichte, der Verformbarkeit, der Härte, der Sprödigkeit, des Bruchverhaltens, des
Abrasionsverhaltens, der Elastizität, der Form, der magnetischen Permeabilität, der thermischen Eigenschaften, der Viskosität der Partikelmasse, des Schmelzverhaltens, des Siedeverhaltens, der elektrischen Leitfähigkeit und/oder der Lichtstabilität.
In einem Ausführungsbeispiel wird beim Bereitstellen der Partikelmasse eine erste Art von Partikeln gefördert und eine zweite Art von Partikeln wird durch ein
Partikelzuführwerkzeug zu der ersten Art von Partikeln zugeführt, bevor die
Partikelmasse gepresst wird. Somit kann ein Fließvorgang für die Herstellung des partikelbasierten Elements implementiert werden, der eine effiziente, zügige und somit kostengünstige Produktion ermöglicht.
In einem anderen Ausführungsbeispiel wird eine unterschiedliche Behandlung des ersten und/oder des zweiten Teils der Partikelmasse durchgeführt. Durch die Behandlung können die Kompressionseigenschaften der Partikelmasse verändert werden. Generell ist es aber auch möglich, dass weitere Eigenschaften der Partikelmasse durch die Behandlung verändert werden.
Insbesondere kann die Behandlung eines Teils der Partikelmasse das Einbringen eines chemischen Mittels umfassen. Eine Möglichkeit hierbei ist das Einbringen von Klebstoff und/ oder Härter, um Teile der Partikelmasse vorzuverfestigen und somit deren
Kompressionseigenschaften hin zu weniger Kompressibilität zu verändern. Andererseits ist es aber auch möglich chemische Mittel einzubringen, die die Partikelmasse
aufweichen, sodass dann in diesen Bereichen eine höhere Kompressibilität vorliegt.
Die Behandlung eines Teils der Partikelmasse kann auch durch das Einbringen von Wasser erfolgen. Eine Partikelmasse, die beispielsweise aus Holzfasern oder ähnlichen Faserwerkstoffen besteht, wird durch das Einbringen von Wasser aufgeweicht und weist somit eine höhere Kompressibilität auf, sodass dieser Teil während des Pressens stärker verdichtet werden kann. Andererseits kann das Einbringen von Wasser bei einer Vielzahl von organischen Fasermaterialen zu einer Auslösung von natürlichen Klebstoffen führen, die den Teil der Partikelmasse in dem Wasser eingebracht wurde, nach dem Aushärten verfestigen können.
Die Behandlung eines Teils der Partikelmasse kann durch das Einbringen von Energie, insbesondere durch eine Wärmebehandlung, erfolgen. Das Einbringen von Energie, insbesondere Wärme, kann die Eigenschaften der Fasern hinsichtlich ihrer Kompressibilität verändern. Insbesondere kann ein Verkleben der Fasern erreicht werden, wenn das Einbringen von Energie in Kombination mit dem Einbringen von Klebstoff und/ oder Härter durchgeführt wird.
In einer Ausführungsform wird die Partikelmasse während der Behandlung in
Längsrichtung gefördert und die Behandlung erfolgt durch ein Werkzeug, das innerhalb der Partikelmasse angeordnet ist, wobei das Werkzeug in Hochrichtung der
Partikelmasse bewegt wird. Dadurch kann erreicht werden, dass gezielt innerhalb der noch nicht verpressten Partikelmasse eine lokale Behandlung erfolgen kann, die es auf einfachen und kostengünstigen Weg ermöglicht auch komplexere Strukturen von unterschiedlich behandelten Bereichen in der Partikelmasse anzuordnen.
Das Werkzeug kann sich in einer Wellenform bezüglich der Längsrichtung erstrecken. Durch die Kombination eines Werkzeugs, das sich in Wellenform bezüglich der
Längsrichtung erstreckt und in Hochrichtung bewegt wird, kann ein welliges Ausformen des behandelten Teils der Partikelmasse sowohl in Längsrichtung als auch in
Breitenrichtung erfolgen.
In einem Ausführungsbeispiel kann ein aufschäumbares Mittel in einen ersten Teil der Partikelmasse eingebracht werden, wobei das aufschäumbare Mittel sich nach dem Pressen zu einem Schaum innerhalb der Partikelmasse aufweitet. Dabei beeinflusst das Einbringen des Schaums sowohl die Kompressibilität der Partikelmasse in diesem Bereich, und ermöglicht weiterhin nach dem Pressen eine zusätzliche Aufweitung, die die Dichte der Partikelmasse in diesem Bereich reduziert und somit eine
Gewichtsreduzierung des partikelbasierten Elements ermöglicht.
Die Partikel der Partikelmasse sind bevorzugterweise span- und/ oder faserförmig. Insbesondere werden Holzspäne und/ oder Naturfaser verwendet. Allerdings ist auch das Verwenden von Plastikspänen möglich.
Das partikelbasierte Element ist bevorzugterweise plattenförmig.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Verbindungseinrichtung anhand von Abbildungen beschrieben. Figur 1 zeigt eine Schnittansicht einer bereitgestellten Partikelmasse in einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht der Partikelmasse während des Pressvorgangs in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 3 zeigt eine Schnittansicht der Behandlung der Partikelmasse in einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 4 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten partikelbasierten Elements in Form einer Platte
Figur 5 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines weiteren mit einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten partikelbasierten Elements
Figur 6 zeigt eine Schnittansicht während des Einbringens eines aufschäumbaren
Mittels in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 7 zeigt eine Schnittansicht der Partikelmasse mit dem aufschäumbaren Mittel während des Pressvorgangs in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 8 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 9 zeigt eine perspektivische Ansicht der Partikelmasse während des
Bereitstellens in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 10 zeigt eine perspektivische Ansicht der Partikelmasse während des
Bereitstellens in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Bezug auf Figuren 1 und 2 erläutert. In Figur 1 ist in einer Querschnittansicht dargestellt wie eine Partikelmasse 1 mit einer Vielzahl an Partikeln auf einer Unterlage 2 bereitgestellt wird. Dabei ist ein erster Teil 3 der Partikelmasse 1 , der in Figuren 1 und 2 durch eine Schraffierung gekennzeichnet ist, in einem zweiten Teil 4 der Partikelmasse 1 gezielt angeordnet. Die Partikel sind vereinfacht kreisrund dargestellt, wobei gemeinhin für das Verfahren Späne und/ oder Fasern, die eher eine längliche Form aufweisen, als Partikelmasse verwendet werden können.
Die einzelnen Bereiche des ersten Teils 3 sind vollständig von dem zweiten Teil 4 der Partikelmasse 1 umgeben. Weiterhin erfolgt die Anordnung der einzelnen Bereiche des ersten Teils 3 in Längenrichtung L abwechselnd nahe der Oberseite und der Unterseite der Partikelmasse 1.
Der erste Teil 3 der Partikelmasse 1 weist unterschiedliche Kompressionseigenschaften hinsichtlich des zweiten Teils 4 der Partikelmasse auf. Die unterschiedlichen
Kompressionseigenschaften können beispielsweise durch die Verwendung von unterschiedlich komprimierbaren Partikeln oder durch die Verwendung von
unterschiedlich verbundenen Partikeln erreicht werden.
Die in Figur 1 dargestellte Partikelmasse 1 ist nur ein Ausschnitt in Längenrichtung L der insgesamt bereitgestellten Partikelmasse. Im Falle der Herstellung eines plattenförmigen Elements mit dem erfindungsgemäßen Verfahren weist die Partikelmasse 1 eine signifikant höhere Ausbreitung in Längsrichtung L in Bezug auf die Hochrichtung H auf, wobei in Längsrichtung L die dargestellte Anordnung des ersten Teils 3 und des zweiten Teils 4 der Partikelmasse periodisch oder nicht periodisch wiederholt wird. Alternativ oder zusätzlich zur periodischen Struktur können unregelmäßige Anordnungen vorgesehen werden. Insbesondere kann das Mengenverhältnis zwischen dem ersten Teil 3 und dem zweiten Teil 4 lokal verändert werden. Dies ermöglicht beispielsweise die Reduzierung von Gewicht in Bereichen in denen weniger Stabilität erforderlich ist, oder eine lokale Verstärkung von Bereichen in denen Anschlussmittel, wie z.B. Schrauben, vorgesehen werden sollen.
Die Partikelmasse 1 wird dann mittels eines in Figur 2 dargestellten Pressvorgangs durch Aufbringung einer Kraft F in Höhenrichtung H komprimiert. Durch die
unterschiedlichen Kompressionseigenschaften, nämlich eine höhere Kompressibilität des zweiten Teils 4 in Bezug auf den ersten Teil 3 der Partikelmasse 1 , findet eine höhere Verdichtung im Bereich des zweiten Teils 4 der Partikelmasse 4 statt.
Durch die höhere Komprimierung in bestimmten lokalen Bereichen der Partikelmasse 1 können gezielt Strukturen höherer Stabilität erzeugt werden. Am Ende des
Pressvorgangs entsteht ein partikelbasiertes Element 5, das wie in Figur 2 dargestellt, Bereiche mit höherer Dichte und Stabilität sowohl in einem Oberseitenbereich 6 als auch in einem Unterseitenbereich 7 aufweist, sowie eine verstärkende wellenförmige Struktur, die den Oberseitenbereich 6 und den Unterseitenbereich 7 verbindet.
In Figur 3 ist eine Möglichkeit dargestellt, eine erfindungsgemäße Anordnung des ersten Teils 3 der Partikelmasse 1 in Bezug auf den zweiten Teil 4 der Partikelmasse 1 zu erreichen. Wiederum wird eine Partikelmasse 1 mit einer Vielzahl von Partikeln auf einer Unterlage 8 bereitgestellt. Die Unterlage 8 weist eine Ausnehmung 9 auf, in der ein unteres Behandlungswerkzeug 10 angeordnet ist, das auf einen lokalen unteren Teil 1 1 der Partikelmasse 1 einwirkt. Weiterhin ist ein Behandlungswerkzeug 12 vorgesehen, das auf einen lokalen oberen Teil 13 der Partikelmasse 1 einwirkt. Der lokale untere und obere Teil 1 1 , 13 der Partikelmasse sind schraffiert dargestellt.
Der lokale untere Teil 1 1 und der lokale obere Teil 13 bilden zusammen den ersten Teil 3 der Partikelmasse 1 , während die verbleibende Partikelmasse den zweiten Teil 4 bildet.
Im Unterschied zu der Anordnung des ersten Teils 3 und des zweiten Teils 4 in Figur 1 erstreckt sich der erste Teil 3 im Falle von Figur 3 bis hin zur Unterseite bzw. Oberseite der Partikelmasse 1 .
Das Einwirken auf die Partikelmasse 1 durch das Behandlungswerkzeug 12 kann beispielsweise mittels einer Wärmebehandlung erfolgen, die ein Voraushärten der Partikelmasse in den Bereichen 1 1 , 13 ermöglicht, sodass die Partikelmasse im ersten Teil 3 eine geringere Kompressibilität aufweist, und somit während des nachfolgenden Pressvorgangs weniger komprimiert wird als der zweite Teil 4 der Partikelmasse 1.
Dadurch wird wiederum ein partikelbasiertes Element geschaffen, das definierte
Bereiche mit geringerer Komprimierung aufweist. Auch mittels des Auftragens eines Bindemittels wie beispielsweise eines Klebers kann die Kompressibilität innerhalb des lokalen unteren Teils 11 und des lokalen oberen Teils 13 geändert werden.
Alternativ können die Behandlungswerkzeuge 10, 12 aber auch eingesetzt werden um die Kompressibilität der Partikelmasse 1 in gewissen Bereichen zu verringern. Dies kann beispielsweise durch das Einbringen eines chemischen Mittels erreicht werden, das die Partikelmasse aufweicht, wodurch die Partikelmasse im behandelten Bereich stärker komprimiert werden kann.
In einer umweltfreundlichen Ausführungsform kann gezielt in Teile der Partikelmasse Wasser eingebracht werden, wodurch eine Partikelmasse aus organischen Fasern, insbesondere Holzspänen, aufgeweicht werden kann und somit eine höhere
Komprimierung dieses Teils während des Pressvorgangs erreicht wird.
In Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht eines plattenförmigen, partikelbasierten Elements dargestellt, das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann. Das partikelbasierte Element ist insbesondere eine Spanplatte aus Holzspänen oder eine Faserplatte aus den Naturfasern. Das partikelbasierte Element 5 ist als Schnittansicht in Längsrichtung L und Breitenrichtung B dargestellt, sodass die
Anordnung der Bereiche verschiedener Stabilität im Inneren des Elements 5 erläutert werden können.
Das partikelbasierte Element 5 weist einen Bereich erhöhter Stabilität 14 auf, der sich wellenförmig in Längsrichtung L des partikelbasierten Elements 5 erstreckt und in einen Bereich geringerer Dichte 15 eingebettet ist. Der Bereich erhöhter Stabilität erstreckt sich von einem Unterseitenbereich bis zu einem Oberseitenbereich des partikelbasierten Elements 5. Der Bereich erhöhter Stabilität 14 wird insbesondere durch den stärker komprimierten Teil der Partikelmasse gebildet.
Dadurch, dass sich der Bereich erhöhter Stabilität 14 von einem Unterseitenbereich zu einem Oberseitenbereich des partikelbasierten Elements 5 erstreckt und kontinuierlich in diesem verläuft, wird eine Erhöhung der strukturellen Stabilität des partikelbasierten Elements bedingt. Die Biegesteifigkeit des pärtikelbasierten Elements 5 wird dadurch erhöht, dass der Bereich erhöhter Stabilität durch seine wellenförmige Form Bereiche außerhalb der neutralen Zone des plattenförmigen, partikelbasierten Elements 5 verbindet. Die Biegesteifigkeit des partikelbasierten Elements 5 ist dabei insbesondere in Breitenrichtung B erhöht.
Der Bereich erhöhter Stabilität wird durch den zweiten Teil 4 der Partikelmasse 1 wie in Figur 3 dargestellt gebildet. Der erste Teil 3 der Partikelmasse bildet den Bereich geringer Dichte 15.
In Figur 5 ist ein mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes,
plattenförmiges, partikelbasiertes Element 5 in einer perspektivischen Schnittansicht in Breitenrichtung B und Längsrichtung L dargestellt. In diesem partikelbasierten Element 5 verläuft der Bereich erhöhter Stabilität 14 wellenförmig sowohl in Längsrichtung L als auch in Breitenrichtung B.
Wiederum erstreckt sich der Bereich erhöhter Stabilität 14 von einem Unterseitenbereich bis hin zu einem Oberseitenbereich des partikelbasierten Elements 5.
Im Oberseitenbereich weist das partikelbasierte Element 5 eine obere Schicht erhöhter Stabilität 17 auf, die eine Oberfläche des partikelbasierten Elements 5 bildet. Im
Unterseitenbereich weist das partikelbasierte Element 5 eine untere Schicht erhöhter Stabilität 18 auf, die eine Unterseite des partikelbasierten Elements bildet. Der wellenförmige Bereich erhöhter Stabilität 16 geht nahtlos in die obere Schicht 17 und die untere Schicht 18 über. Der verbleibende Bereich 15 des partikelbasierten Elements 5 bildet einen Bereich geringerer Dichte. '
Die obere Schicht 17 und die untere Schicht 18 werden vorzugsweise ebenfalls durch den zweiten Teil 4 der Partikelmasse 1 wie in Figur 1 dargestellt gebildet. Alternativ können auch zusätzliche Partikel in diesem Bereich vor dem Pressvorgang angeordnet werden, die die erhöhte Stabilität der oberen Schicht 17 und unteren Schicht 18 bedingen. Zusätzlich oder alternativ kann eine obere Schicht und untere Schicht vor oder nach dem Pressen als separates Bauteil aufgebracht werden.
Somit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein partikelbasiertes Element 5 gemäß Figur 5 hergestellt werden, das eine erhöhte strukturelle Stabilität und eine hohe Stabilität im Bereich der Ober- und Unterseite bei relativ geringem Gewicht aufweist. In Figur 6 und Figur 7 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens in einer Schnittansicht dargestellt.
In Figur 6 wird die Partikelmasse 1 auf einer Unterlage 8, die wiederum eine
Ausnehmung 9 aufweist, bereitgestellt. Durch die Ausnehmung 9 ist ein unteres
Behandlungswerkzeug 20 vorgesehen, mittels dessen ein aufschäumbares Mittel, hier Polyurethan 19, in einen lokalen unteren Teil 1 1 der Partikelmasse 1 eingebracht werden kann.
In ähnlicher weise ist ein oberes Behandlungswerkzeug 21 so von oben in die
Partikelmasse 1 angeordnet, dass Polyurethan 19 in einen lokalen oberen Teil 13 eingebracht werden kann.
Nach dem Einbringen des Polyurethans 19 wird die Partikelmasse 1 zwischen einer Unterlage 2 und einem Oberteil einer Presse angeordnet und einem Pressvorgang mit der Kraft F in Hochrichtung H ausgesetzt.
Durch die Reaktion des Polyurethans 19 mit feuchten Bestandteilen der Partikelmasse 1 und/ oder der Luft kommt es zu einem Aufschäumen des Polyurethans 19 wie in Figur 7 mit den Pfeilen ohne Bezugszeichen dargestellt, sodass im lokalen unteren Teil 1 1 sowie im lokalen oberen Teil 13 der Partikelmasse 1 eine niedrigere Kompressibilität vorliegt als in dem Bereich in den kein Polyurethan 19 eingebracht wurde. Somit kommt es zu einer unterschiedlich starken Komprimierung der Bestandteile der Partikelmasse 1 , wodurch ein partikelbasiertes Element 23 geformt werden kann, das eine gewünschte lokale Komprimierung aufweist.
Das Aufschäumen des Polyurethans 19 kann weiterhin auch durch das zusätzliche Einbringen von Energie, Wärme oder Wasser ausgelöst werden.
Das so hergestellte partikelbasierte Element 5 weist den Vorteil auf, dass in den
Bereichen in denen Polyurethan 19 eingebracht wurde, ein niedriges Gewicht erreicht werden kann, bei gleichzeitig stabiler Anbindung an die angrenzenden Bereiche erhöhter Stabilität.
Im Gegensatz zu den schematischen Figuren 6 und 7 kommt es zu einer wenigstens teilweisen Vermengung des Polyurethans 19 und der Partikelmasse 1. In Figur 8 ist in Schnittansicht eine Anlage 22 zum kontinuierlichen Herstellen eines partikelbasierten Elements 23 mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Die Anlage 22 ist generell in eine Bereitstellungsvorrichtung 24 und eine darauf folgende Pressvorrichtung 25 unterteilt.
Zunächst werden Partikel 26 aus einem Behälter 27 auf ein nicht dargestelltes
Förderelement, wie z. B. ein Förderband, aufgestreut und in Förderrichtung T gefördert.
Am Ende des Aufstreuvorgangs bildet die Partikelmasse 28 eine Partikelmatte 29 mit einer generell gleichmäßigen Dicke in Hochrichtung H. Die Partikelmatte 29 wird zu einer Vielzahl von oberen Werkzeugen 30 und unteren Werkzeugen 31 gefördert, die ein gezieltes Anordnen eines ersten Teils der Partikelmasse in einer gewünschten Matrix bestehend aus einem zweiten Teil der Partikelmasse ermöglichen.
Die oberen und unteren Werkzeuge 30, 31 sind jeweils an einem oberen umlaufenden Band 32 bzw. unteren umlaufenden Band 33 befestigt. Das obere Band 32 und das untere Band 33 laufen mit einer derartigen Geschwindigkeit um, dass die sich an oder nahe der Partikelmasse befindlichen Werkzeuge 30, 31 mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Partikelmasse 29 in Förderrichtung T bewegen.
Für die Gestaltung der Werkzeuge 30, 31 sind in der dargestellten Ausführungsform verschiedene Alternativen möglich.
Zunächst ist es möglich, dass die Werkzeuge 30, 31 als Partikelzuführwerkzeuge ausgeführt sind, die in einen lokalen oberen Teil 34 und einen lokalen unteren Teil 35 der Partikelmatte 29 weitere Partikel einbringen, die einen ersten Teil der Partikelmasse bilden, der unterschiedliche Kompressionseigenschaften zum restlichen, zweiten Teil der Partikelmasse 28, der aus dem Behälter 27 aufgestreut wurde, aufweist.
Alternativ können die Werkzeuge 30, 31 aber auch als Behandlungswerkzeuge ausgeführt sein, die die Partikelmatte 29 jeweils im lokalen oberen Bereich 34 und im lokalen unteren Bereich 35 derart behandeln, dass ein erster Teil der Partikelmasse in diesen Bereichen und ein zweiter Teil der Partikelmasse, gebildet durch den nicht behandelten Teil der Partikelmatte 29 unterschiedliche Kompressionseigenschaften aufweisen.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Werkzeuge 30, 31 für ein Einbringen eines aufschäumbaren Mittels in den lokalen oberen Teil 34 und den lokalen unteren Teil 35 der Partikelmatte 29 ausgelegt sind.
Die Werkzeuge 30, 31 können Aufsätze aufweisen, die in die Partikelmatte 29 ragen. Dadurch ist für den Fall, dass die Werkzeuge 30, 31 Partikelzuführwerkzeuge sind, ein Einbringen von Partikeln auch in das Innere der Partikelmatte 29 möglich. Weiterhin kann wenn die Werkzeuge 30, 31 Behandlungswerkzeuge sind, gezielt das Innere der Partikelmatte 29 behandelt werden. Bei der Verwendung von aufschäumbaren Mitteln kann ein Einbringen des aufschäumbaren Mittels, wie in Figur 6 dargestellt,
implementiert werden.
Nach dem gezielten Anordnen des ersten Teils in dem zweiten Teil der Partikelmasse mittels der Werkzeuge 30, 31 wird eine obere Schicht 36 und eine untere Schicht 37 auf die obere Seite bzw. untere Seite der Partikelmasse 29 aufgelegt. Die obere Schicht 36 und die untere Schicht 37 sind aus einem widerstandsfähigen Material geformt, das die Oberfläche des partikelbasierten Elements bildet.
Die Partikelmatte 29 wird gemeinsam mit der oberen Schicht 36 und der unteren Schicht 37 der Pressvorrichtung 25 zugeführt, die aus einem oberen Presswerkzeug 38 und einem unteren Presswerkzeug 39 gebildet ist. Die Presswerkzeuge 38, 39 sind als umlaufende Bänder gestaltet und ermöglichen somit das Pressen der Partikelmatte 29, der oberen Schicht 36 und der unteren Schicht 37 in einem kontinuierlichen
Pressvorgang. Am Ende des Pressvorgangs ist das partikelbasierte Element 23 fertig gestellt.
In Figur 9 ist eine alternative Möglichkeit zum Anordnen eines ersten Teils 3 der
Partikelmatte 29 in einem zweiten Teil 4 dargestellt. Hierbei werden Werkzeuge 40 in einem Aufstreubereich 42 der Partikelmasse 28 angeordnet. Wie im vorherigen
Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß Figur 8 wird die Partikelmasse 28 wiederum durch Aufstreuen aus einem Behälter 27 im Aufstreubereich 41 bei gleichzeitigem Fördern in Förderrichtung T bereitgestellt. Die Werkzeuge 42 sind ausgelegt eine kontinuierliche, periodische Hin- und Herbewegung in Richtung W1 , entlang der Oberseite der Partikelmasse 28 im Aufstreubereich 41 auszuführen, sodass ein wellenförmig angeordneter zweiter Teil 4 in Bezug auf den ersten Teil 3 der Partikelmatte 29 erreicht wird.
Die Werkzeuge 40 können wiederum entweder zusätzliche Partikel zuführen, die bestehenden Partikel im Aufstreubereich 41 behandeln, oder ein aufschäumbares Mittel in die Partikelmasse 28 einbringen.
Alternativ zu der dargestellten Vielzahl an Werkzeugen 40 kann auch ein kontinuierlich über die gesamte Breite angeordnetes Werkzeug vorgesehen sein.
Der erste Teil 3 der Partikelmatte 29 ist durchsichtig dargestellt, damit die Anordnung des zweiten Teils 4 besser erkannt werden kann. Weiterhin weist der zweite Teil 4 eine gewisse Ausprägung in Höhenrichtung H auf, die im Zuge der besseren Darstellbarkeit vernachlässigt wurde.
In Figur 10 ist wiederum das Anordnen der Partikelmasse 28 dargestellt, wobei eine Partikelmatte 29 mit einem zweiten Teil 4, der wellenförmig in dem ersten Teil 3 angeordnet ist, geschaffen wird. Dafür wird in Förderrichtung T nach dem
Aufstreubereich 41 ein Werkzeug 42 vorgesehen, das innerhalb der Partikelmasse 28 angeordnet ist und sich in Werkzeugbewegungsrichtung W2, d. h. in Hochrichtung, bewegt. Durch die flache Gestaltung des Werkzeugs 42 fließt die Partikelmasse 28 in Förderrichtung T ohne wesentliche Umlenkung am Werkzeug 42 vorbei.
Das Werkzeug 42 ermöglicht an seinem vom Aufstreubereich 41 abgewandten Ende ein gezieltes Anordnen des zweiten Teils 4 bezüglich des ersten Teils 3 der Partikelmasse 28. Dafür kann in einem Ausführungsbeispiel eine Öffnung im Werkzeug 42 vorgesehen sein, die das Einbringen von weiteren Partikeln ermöglicht. In einem anderen
Ausführungsbeispiel ermöglicht das Werkzeug 42 die gezielte Behandlung der
Partikelmasse 28. In einem wiederum anderen Ausführungsbeispiel wird mittels des Werkzeugs 42 ein aufschäumbares Mittel in die Partikelmasse 28 eingebracht.
Um eine wellenförmige Anordnung des zweiten Teils der Partikelmasse sowohl in Längsrichtung L als auch in Breitenrichtung B zu ermöglichen, kann das Werkzeug so angeordnet sein, dass es sich mit einer in Längsrichtung L, bzw. Förderrichtung T, ausgebildeten Wellenform in Breitenrichtung B erstreckt. Um eine wellenförmige Form des zweiten Teils der Partikelmasse in Breitenrichtung B zu erhalten, kann auch ein feststehendes Werkzeug innerhalb der Partikelmasse
vorgesehen werden, das sich in einer in Höhenrichtung H ausgebildeten Wellenform in Breitenrichtung erstreckt.
Weiterhin ist es möglich Werkzeuge in unterschiedlicher Position in Förderrichtung T im Aufstreubereich anzuordnen, sodass die stromaufwärts angeordneten Werkzeuge eher einen unteren Bereich der Partikelmasse behandeln, während die weiter stromabwärts angeordneten Werkzeuge eher einen oberen Bereich der Partikelmasse behandeln. Auch hierbei kann an Stelle einer Behandlung ein Einbringen einer anderen Art von Partikeln vorgesehen werden.
Generell sollte betont werden, dass die Herstellung des partikelbasierten Elements nicht nur mittels eines Fließverfahrens, wie in den Ausführungsbeispielen in Figur 8 bis 10 dargestellt, durchgeführt werden kann, sondern auch durch stationäres Anordnen des ersten Teils und zweiten Teils und Verpressen der Partikelmasse in einer feststehenden Platten-, Kontakt- oder Mehretagenpresse.
Zum Verkleben der Partikel, insbesondere der Holzspäne, bzw. Naturfasern, die als Partikel in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, sind verschiedene Bindemittel möglich. Ein häufig verwendetes Bindemittel ist Harnstoff - Formaldehyd - Harz (UF-Harz). Alternativ können Phenol-Formaldehyd-Harze verwendet werden, die zudem den Vorteil aufweisen, wasserbeständig zu sein. Weiterhin sind auch eine Vielzahl von Mischharzen, die Phenol und/ oder Melamin enthalten, als Bindemittel einsetzbar. Die Späne können auch mittels Isocyanat gebunden werden.
Weiterhin können die einzelnen Späne mit Klebstoffen verbunden werden. Eine
Verwendung von natürlichen Klebstoffen ist möglich, beispielsweise von Lignin, Tannin, Kohlenhydraten, Knochenleim, Blutleim oder von Proteinleimen. Generell können aber auch andere Klebstoffe, wie z. B. Epoxydharz, verwendet werden.
Abgesehen von den unterschiedlichen Kompressionseigenschaften des ersten Teils und des zweiten Teils der Partikelmasse können im erfindungsgemäßen Verfahren auch Partikelarten mit weiteren im Folgenden kurz diskutierten Unterschieden vorgesehen werden, die verschiedene Vorteile ermöglichen. So kann bereits beim Anordnen der Partikelmasse eine unterschiedliche Dichte des ersten und des zweiten Teils der Partikelmasse vorgesehen werden, wodurch die Gewichts- und Stabilitätseigenschaft des partikelbasierten Elements maßgeblich beeinflusst werden können.
Weiterhin können Partikel mit einer unterschiedlichen Härte vorgesehen werden, um die Härte des partikelbasierten Elements lokal zu erhöhen.
Es können aber auch Partikel mit einer unterschiedlichen Sprödigkeit und somit unterschiedlichem Bruchverhalten vorgesehen werden, sodass beispielsweise die Sprödigkeit des strukturell tragenden Teils des partikelbasierten Elements gezielt reduziert wird, während für die anderen Bereiche des partikelbasierten Elements weniger hochwertige Partikel verwendet werden können.
Die Elastizität des partikelbasierten Elements kann gezielt dadurch beeinflusst werden, dass ein Teil der Partikelmasse eine unterschiedliche Elastizität zu einem anderen Teil der Partikelmasse aufweist. Damit kann sowohl die Elastizität des partikelbasierten Elements an sich, als auch die lokale Nachgiebigkeit des partikelbasierten Elements für unterschiedliche Einsatzzwecke angepasst werden.
Weiterhin können strukturelle Unterschiede, wie z. B. in der Partikelgröße und/ oder Partikelgeometrie des ersten Teils der Partikelmasse und des zweiten Teils der
Partikelmasse vorliegen.
Auch andere Eigenschaften der Partikelmasse können für eine Vielzahl von
Anwendungen geeignet beeinflusst werden. So kann die magnetische Permeabilität eines Teils der Partikelmasse gezielt verändert werden, beispielsweise um eine
Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung zu ermöglichen.
Weiterhin können die thermischen Eigenschaften von Teilen der Partikelmasse beeinflusst werden, um den Einsatz des partikelbasierten Elements auch in Bereichen erhöhter oder niedriger Temperatur zu ermöglichen. Weitere Unterschiede der Teile der Partikelmasse können in der Viskosität, dem Schmelzverhalten und dem Siedeverhalten liegen. Auch kann für gewisse Anwendungen eine Anordnung von Partikelmasse mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit von Interesse sein. In wiederum anderen Anwendungen kann eine unterschiedliche Lichtstabilität des ersten und des zweiten Teils der Partikelmasse vorgesehen werden.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Herstellen eines partikelbasierten Elements (5, 23), insbesondere einer Spanplatte, bzw. Faserplatte, mit den Schritten:
Bereitstellen einer Partikelmasse (1 , 28) mit einer Vielzahl an Partikeln, und Pressen der Partikelmasse (1 , 28),
gekennzeichnet durch
gezieltes Anordnen eines ersten Teils (3) der Partikelmasse (1 , 28) in einer gewünschten Matrix bestehend aus einem zweiten Teil (4) der Partikelmasse (1 , 28) im Zuge des Bereitstellens der Partikelmasse (1 , 28),
wobei der erste Teil (3) der Partikelmasse (1 , 28) und der zweite Teil (4) der Partikelmasse (1 , 28) unterschiedliche Kompressionseigenschaften aufweisen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch Pressen der Partikelmasse (1 , 28) zu einem partikelbasierten Element (5, 23) mit Bereichen unterschiedlicher Dichte, wobei die Partikelmasse (1 , 28) vor dem Pressen Partikel mit im
Wesentlichen gleicher Dichte aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Teil (4) der Partikelmasse (1 , 28) in einer kontinuierlichen Matrix angeordnet wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (4) der Partikelmasse (1 , 28) in einer Gitterstruktur angeordnet wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (4) der Partikelmasse (1 , 28) während des Pressens stärker als der erste Teil (3) der Partikelmasse (1 , 28) komprimiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (3) der Partikelmasse (1 , 28) während des Pressens stärker als der zweite Teil (4) der Partikelmasse (1 , 28) komprimiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das wellige Ausformen des zweiten Teils (4) der Partikelmasse (1 , 28) in Längsrichtung L des partikelbasierten Elements (5, 23) zwischen einem Unterseitenbereich und einem Oberseitenbereich des partikelbasierten Elements (5).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (4) der Partikelmasse (1 , 28) weiterhin wellig in der Breitenrichtung des partikelbasierten Elements (5, 23) ausgeformt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Anordnen von unterschiedlichen Arten von Partikeln.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bereitstellen der Partikelmasse (1 , 28) eine erste Art von Partikeln gefördert wird, und eine zweite Art von Partikeln (1 , 28) durch ein Partikelzuführwerkzeug (30, 31 , 40) zu der ersten Art von Partikeln zugeführt wird, bevor die Partikelmasse (1 , 28) gepresst wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch
unterschiedliche Behandlung des ersten Teils (3) und/oder zweiten Teils (4) der Partikelmasse (1 , 28).
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadur gekennzeichnet, dass die Behandlung eines Teils (3, 4) der Partikelmasse (1 , 28) das Einbringen eines chemischen Mittels umfasst.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Behandlung eines Teils (3, 4) der Partikelmasse (1 , 28) das Einbringen von Wasser umfasst.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung eines Teils (3, 4) der Partikelmasse (1 , 28) das Einbringen von Energie, insbesondere durch eine Wärmebehandlung, umfasst.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelmasse (1 , 28) während der Behandlung in Längsrichtung (L) gefördert wird, und die Behandlung durch ein Werkzeug (42) erfolgt, das innerhalb der
Partikelmasse (1 , 28) angeordnet ist, wobei das Werkzeug (42) in Hochrichtung (H) bewegt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Werkzeug in einer Wellenform bezüglich der Längsrichtung (L) erstreckt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein aufschäumbares Mittel (19) in den ersten Teil der Partikelmasse (1 , 28)
eingebracht wird, wobei das aufschäumbare Mittel (19) sich nach dem Pressen zu einem Schaum innerhalb der Partikelmasse (1 , 28) aufweitet.
PCT/EP2010/007895 2010-01-04 2010-12-22 Verfahren zum herstellen eines partikelbasierten elements WO2011079934A1 (de)

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US13/520,499 US20120326349A1 (en) 2010-01-04 2010-12-22 Method for producing a particle-based element
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