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Diese
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren der Formgebung
von zusammengepressten Erzeugnissen und insbesondere auf ein Verfahren
der Formgebung eines zusammengepressten Verbundholzerzeugnisses
mittels oszillierender Kompression.
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OSB-Platten,
Furnierstreifenholz und andere synthetische Holzerzeugnisse, die
aus einzelnen Holzelementen hergestellt werden, werden in einer Presse
durch Absetzen einer Matte von mit Harz beschichteten Holzelementen
innerhalb der Presse und Aufbringen einer Druckkraft auf die Matte
hergestellt. Wärme
von einer Vielzahl von Quellen wird zugeführt, um das Harz im Wesentlichen
auszuhärten, währenddessen
die Matte innerhalb der Presse befindlich ist. Die Wärme kann
in Form von Mikrowellenenergie, Wärmeleitung, Hochfrequenzenergie, Dampfeinspritzung
od.dgl. zugeführt
werden.
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Wie
in 1 dargestellt ist,
enthalten gängige
Pressensysteme ein Paar von gegenüberliegenden Platten 40a,
die so konfiguriert sind, dass sie ein Material 38a in
eine gewünschte
Form zusammenpressen. Benachbart zu jeder Platte 40a ist
ein Pressband 37, das auf einer Rollenanordnung 35 läuft. Die
Kombination aus dem Band 37 und der Rollenanordnung 35 ermöglicht eine
Bewegung des Materials 38a durch die Platten 40a,
währenddessen
die Platten kontinuierlich eine Druckkraft auf das Material 38a aufbringen.
Dieses Verfahren der Formgebung eines Verbundholzerzeugnisses ist
in vielerlei Weise problematisch.
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Die
gängigen
Gestaltungen von kontinuierlich arbeitenden Pressen verhindern die
Anwendung von Energie. Das Pressenband, die Lageranordnungen und
die notwendigen Schmiermaterialen stellen ein bedeutsames Hindernis
für die
Anwendung der Wärmeenergie
auf das Erzeugnis dar. Die Erwärmung
des Erzeugnisses über
Heizplattentechnologie führt
zu einem ungleichförmigen
Erwärmungsprofil.
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2 zeigt ein herkömmliches
Erwärmungsprofil
einer Heizplattenpresse. Das Diagramm 15 spiegelt die Temperatur
und den Druck innerhalb des Materials 38b in Bezug zur
Temperatur in Grad Celsius auf der Y-Achse 17 und der Zeit
in Sekunden auf der X-Achse wieder. Dieses Diagramm 15 ist
einer Magisterarbeit entnommen, das von Stephen E. Johnson von dem
Virginia Polytechnic Institute und der State University, Blacksburg,
Virginia im August 1990 angefertigt wurde. Die Magisterarbeit wurde
betitelt mit „Response
of Mat Conditions and Flakeboard Properties to Steam-Injection Variables" (Ansprechen von
Mattenzuständen
und Spanplatteneigenschaften auf Dampfeinspritzvariable).
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren der Formgebung und Erwärmung eines
zusammengepressten Verbundholzerzeugnisses. Das Verfahren enthält das Einführen einer
Mattenanordnung aus mit Harz versetzten einzelnen Holzelementen
in eine oszillierende Kompressionspresse. Ist einmal das Material
innerhalb der oszillierenden Kompressionspresse befindlich, wird
die Kompressions-/Entlastungsoszillation gesteuert, um das Material
zu formen. Spezifischerweise wird die Kompressions-/Entlastungsoszillation
so gesteuert, dass die Mattenanordnung wenigstens auf eine Aushärtungstemperatur des
Harzes erwärmt
wird.
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Es
wird gefordert, dass die Erwärmung
durch die zusammengesetzte Energieabgabe ausgeführt wird, die aus dem Hysterese-Energieverlust
jeder Kompressions-/Entlastungsoszillation resultiert. Diese Erscheinung
wird nicht vollständig
verstanden.
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Die
bevorzugte und alternative Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden im Einzelnen nachstehend unter
Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
eines Pressenquerschnitts gemäß dem Stand
der Technik;
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2 einen Graph, der eine
Materialtemperatur- und Druckkennlinie gemäß dem Stand der Technik darstellt;
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3 ein Systemdiagramm des
oszillierenden Kompressionspressprozesses gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine schematische Darstellung
des oszillierenden Pressprozesses gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung;
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5 eine schematische Darstellung
eines anderen Aspekts des oszillierenden Pressprozesses gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung;
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6 eine zusätzliche
schematische Darstellung eines anderen Aspekts des oszillierenden Pressprozesses
gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung;
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7 noch eine andere schematische
Darstellung eines weiteren Aspekts des oszillierenden Pressprozesses
gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung;
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8 eine noch andere schematische
Darstellung eines weiteren Aspekts des oszillierenden Pressprozesses
gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung;
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9 eine grafische Darstellung
der Beziehung zwischen dem Pressenhub und der Materialdicke im Zeitablauf
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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10 ein allgemeines Systemdiagramm der
oszillierenden Kompressionspresse gemäß der vorliegenden Erfindung;
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11 eine Perspektivansicht
einer exzentrischen Welle, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung ausgeführt
ist;
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12 einen Temperaturgraph,
dar eine Materialtemperatur darstellt, die gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung gebildet wird;
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13 einen anderen Graph,
der eine Materialtemperatur darstellt, die im Zeitablauf gemäß dem Aspekt
der vorliegenden Erfindung gebildet wird;
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14 einen Graph, der Materialdruckveränderungen
aufgrund der Oszillationskompression darstellt, der von einem Aspekt
der vorliegenden Erfindung resultiert; und
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15 einen anderen Graph,
der eine Materialtemperatur darstellt, die im Zeitablauf gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung gebildet wird.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein System und ein Verfahren zur Formgebung
und Erwärmung eines
Erzeugnisses aus zusammengepresstem Material unter Verwendung eines
oszillierenden Kompressionspressprozesses. Mittels eines Überblicks und
unter Bezugnahme auf 3 enthält eine
vorliegende bevorzugte Ausführungsform
ein Formgebungssystem 20 für zusammengepresstes Material. Das
Formgebungssystem 20 für
zusammengepresstes Material enthält
ein Materialformgebungs- und Temperatursteuersystem 24,
das zum Steuern der Temperatur des Materials 38b und der
Verdichtung des Materials während
des Formgebungsprozesses verwendet wird. Ein Materialtransportsystem 26 ist beinhaltet,
um das Material wie gewünscht
durch das Formgebungssystem 20 für zusammengepresstes Material
zu bewegen. Zusätzlich
ist wahlweise ein Materialbehandlungssystem 28 vorhanden,
um das Material 38b während
des Formgebungsprozesses zu behandeln. Spezifische Details des Formgebungssystems 20 für zusammengepresstes
Material werden mit größerer Genauigkeit
nachstehend schrieben.
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Das
Material 38b, das der Behandlung gemäß der Erfindung unterworfen
wird, umfasst wünschenswerterweise
eine Mattenanordnung 30 (4)
aus mit Harz versetzten einzelnen Holzelementen, die gleichzeitig
einem Druck und Wärme
unterworfen werden, um ausgehärtete,
verfestigte Holzerzeugnisse 32 zu formen. Die Holzelemente
können irgendeine
bekannte Form haben. Geeignete, nicht beschränkende Beispiele der Holzelemente,
die für diese
vorliegende Erfindung verwendbar sind, sind Holzschnitzel, Flocken,
Späne,
Furniere, Fasern, Teilchen und Scheiben.
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Die
Erzeugnisse 32 (4),
die bevorzugterweise durch die vorliegende Erfindung hergestellt werden,
sind irgendwelche bekannten verfestigten Verbundholzerzeugnisse,
die gegenwärtig
bei der Industrie bekannt sind. Geeignete Beispiele eines Erzeugnisses 32 enthalten,
sind aber nicht beschränkend,
eine Holzspanplatte, eine OSB-Platte, eine Faserplatte, eine Waverbordplatte,
Sperrholz, Furnierschichtholz, Furnierstreifenholz und Schichtholzbalken.
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Der
Feuchtigkeitsgehalt des Materials 38b vor der Behandlung
durch den Prozess der Erfindung reicht im Allgemeinen von etwa 0
bis etwa 20 Gew%. Der Feuchtigkeitsgehaltsbereich ist nur eine allgemeine
Richtlinie, und davon kann abgewichen werden. Ein optimaler Feuchtigkeitsgehalt
für das
Material 38b wird bevorzugterweise auf einer Fall-Zu-Fall-Basis
ermittelt, und das Bestimmen eines gewünschten Feuchtigkeitsgehalt-Bereiches liegt
im Wissen des Fachmanns, um die Feuchtigkeitsstufen mit den Abmessungen
der Mattenanordnungen 30 in Beziehung zu setzen, um solche
Bestimmungen auszuführen.
Es ist möglich,
das Material 38b, das einen Feuchtigkeitsgehalt aufweist,
der sich Null nähert,
zu behandeln, wobei aber eine begrenzte Verformbarkeit des Holzes
unter solchen Bedingungen dieses weniger wünschenswert machen. Der Feuchtigkeitsgehalt
kann durch Verwenden eines wasserhaltigen Klebemittels erhöht werden.
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Das
Harz kann irgendein Klebemittel sein, dessen Aushärtungsgeschwindigkeit
durch die Anwendung von Wärme
beschleunigt wird. Wasserlösliche
und wasserunlösliche
alkalihaltige und säurehaltige
Phenolharze, Resorcin-Formaldehydharze, Harnstoff-Formaldehydharze
und Isocyanatharze können
z.B verwendet werden. Das Harz kann auf das Material 38b in
einer ge wünschten
Menge aufgebracht werden. Wenn lange Holzfasern verwendet werden,
reicht der Harzfeststoffgehalt oft von etwa 1 bis 10% des Ofentrockengewichts
des Holzes. Am meisten wird das Harz in einem Anteil aufgebracht, das
von etwa 1% bis etwa 5% der Trockenmasse des Holzes erreicht.
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Das
Materialformgebungs- und Temperatursteuersystem 24 ist
so konfiguriert, dass es die Temperatur des Materials 38b steuert.
Spezifischerweise steuert das Materialformgebungs- und Temperatursteuersystem 24 die
Bewegung der Platten 40b, sowohl deren Hub als auch deren
Frequenz, solcherart, dass das Material 38b durch die Verbindungsenergieabgabe
erwärmt
wird, die aus dem Hysterese-Energieverlust jedes Kompressions-/Entlastungsoszillationszyklus
resultiert, die durch die oszillierende Bewegung der Platten 40b bewirkt
wird. Keine externe Wärmequelle
ist erforderlich, um das Material 38b auf eine gewünschte Temperatur,
wie z.B., ohne Beschränkung,
eine Harzaushärtungstemperatur,
zu bringen. Der Fachmann wird einsehen, dass Wärme, die innerhalb des Materials 38b durch
die Verbindungsenergieabgabe erzeugt wird, die aus dem Hysterese-Energieverlust
jeder Kompressions-/Entlastungsoszillation
resultiert, im Wesentlichen gleichförmig über des gesamten Querschnitt
des Materials 38b besteht. Weitere Aspekte der vorliegenden
Erfindung werden im Einzelnen nachstehend erläutert.
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Das
Materialformgebungs- und Temperatursteuersystem 24 kann
Eine Vielzahl von bekannten Strukturen verwenden, um die oszillierende
Bewegung der Platten 40b einzuleiten, und es nicht beabsichtigt,
dass solche Strukturen den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
beschränken.
Zum Beispiel kann die Oszillation durch ein Steuergerät 27 (10) eingeleitet werden,
das so konfiguriert ist, dass es einen pneumatischen oder hydraulisch
betätigten
Zylinder (nicht gezeigt) betätigt.
In gleicherweise kann das Steuergerät 27 so konfiguriert
sein, dass es einen geeigneten elektromagnetischen Antriebsmechanismus
betreibt, um die oszillierende Bewegung einzuleiten. Das Steuergerät 27 kann
so konfiguriert sein, dass es eine exzentrische Welle oder dergleichen
steuert, wie es mehr im Einzelnen nachstehend beschrieben wird,
um die oszillierende Bewegung der Platten 40b einzuleiten.
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Geeignete
Steuergeräte 27 sind
beim Stand der Technik bekannt, und als solches wird eine detaillierte
Beschreibung hierin nicht eingeschlossen.
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Das
Steuergerät 27 ist
auf geeignete Weise so angeordnet, dass es eine Anzahl von annehmbaren
Methoden ausführt.
Zum Beispiel wird sie durch einen Prozessor oder Mikroprozessor
(nicht gezeigt) ausgeführt,
der so angeordnet ist, dass er geeignete Arbeitsvorgänge ausführt. Irgendein
Prozessor, wie er beim Stand der Technik bekannt ist, ist ohne Beschränkung annehmbar,
wie ein Prozessor der Pentium®-Prozessor, der von der
Inte1 Corporation erhältlich
ist, oder dergleichen. Alternativ dazu wird die Steuerung der Platten 40b durch
einen elektronischen Computerchip, hydraulische Steuersysteme oder
manuell ausgeführt.
Entsprechenderweise soll der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
nicht auf die Methode beschränkt
sein, mit welcher die oszillierende Bewegung erzeugt wird.
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Die 4 bis 9 stellen verschiedene Aspekte eines
oszillierenden Kompressionspressenzyklus 34 des Materialformgebungssystems 20 dar.
Die vorliegende Erfindung ist bei einer kontinuierlich arbeitenden
Presse oder einem Chargen-Pressvorgang verwendbar. Spezifischerweise
zeigen diese Figuren die relative Bewegung der Platten 40b und
des Materials 38b. In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung enthält ein einzelner oszillierender
Kompressionspresszyklus 34 eine vollständige Kompressionsphase 44 und
eine vollständige
Entlastungsphase 46. Die Kompressionsphase 44 ist
die Phase des oszillierenden Kompressionspressenzyklus 34,
bei der sich die Platten 40b in einer Richtung zueinander
hin bewege. Umgekehrt ist die Entlastungsphase 46 die Phase
des oszillierenden Kompressionspresszyklus 34, bei der
sich die Platten 40b in eine Richtung voneinander weg bewegen.
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Die 4 bis 6 und 9 stellen
einen Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Spezifischerweise ist der
oszillierende Kompressionspresszyklus 34 auf geeignete
Weise solcher Art eingerichtet, dass während der Entlastungsphase 46 das
Material 38 vollständig
von oder Presse aufgebrachten Druckkräften frei ist. Mehr im Einzelnen,
nach der Kompressionsphase 44 wird wenigstens eine der
Platten 40b von dem Material 38b wegwärts bewegt,
mit einer Geschwindigkeit, die schneller ist als die Geschwindigkeit,
mit der sich das Material 38b beim Entlasten der Druckkräfte ausdehnt.
Während
der Entlastungsphase 46 dehnt sich das Material 38b aufgrund
der Restspannung, die durch die Kompression eingeleitet wird, aus.
Der Zeitanteil, der zum Ausdehnen des Materials 38b auf
eine im Wesentlichen unkomprimierte Abmessung erforderlich ist,
ist die Kompressionserholungsansprechzeit 66 (9). Mehr im Einzelnen, wenigstens
eine Platte 40b wird auf geeignete Weise so gesteuert,
dass sie das Material 38b entlastet und nachfolgend das
Material 38b neu zusammenpresst in kürzerer Zeit als die Material-Kompressionserholungsansprechzeit 66.
Der Fachmann wird einsehen, dass eine Vielzahl von Faktoren die
Material-Kompressionserholungsansprechzeit 66 beeinflussen.
Z. B. sind ohne Beschränkung
die Materialabmessung, die Materialzusammensetzung, der Harzaushärtungszustand,
der Betrag der Kompression, die auf das Material 38b aufgebracht
wird und die Größe des gewünschten
elastischen Bereichs 42 alles Faktoren, die einen Einfluss
auf die Kompressionserholungsansprechzeit 66 haben. Als
solches wird die Bestimmung einer geeigneten Kompressionserholungsansprechzeit 66 für ein vorgegebenes Material
bevorzugterweise durch Experimentieren durch den Fachmann bestimmt.
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Die 7 und 8 stellen einen zusätzlichen Aspekt der vorliegenden
Erfindung dar. Hierbei sind die Platten 40b im Wesentlichen
kontinuierlich im Kontakt mit dem Material 38b. Dieses
wird durch ein Steuergerät 27 ausgeführt, das
wenigstens eine der Platten 40b wegwärts von dem Material 38 mit
einer Geschwindigkeit antreibt, die im Wesentlichen gleich oder
kleiner als die Kompressionserholungsansprechzeit 66 ist.
Somit sind in dieser Betriebsart die Platten 40b im Wesentlichen
kontinuierlich in Kontakt mit dem Material 38b, solcher
Art, dass die Entlastungsphase 46 eine verringerte Drückkraft
beinhaltet, die auf das Material 38b durch die Platten 40b ausgeübt wird.
Dieser Aspekt der Erfindung kann z. B. mittels eines Chargen-Produktionsprozesses
verwendet werden.
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Obwohl
es nicht beabsichtigt ist, dass der Schutzumfang der vorliegenden
Erfindung durch den Bereich der Frequenzen für die Entlastungsphase 46 beschränkt wird,
wurde ein bevorzugter Frequenzbereich gefunden, um wünschenswerte
Ergebnisse zu erzielen, wenn er in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung verwendet wird. In einer besonderen Ausführungsform
wird der oszillierende Kompressionspresszyklus 34 der vorliegenden
Erfindung bevorzugterweise zwischen etwa 1 Hz bis etwa 400 Hz betrieben.
Es ist jedoch einzusehen, dass eine spezifische Frequenz oder ein
Bereich von Frequenzen von der Art des zu formenden Materials 38b abhängt. Als
solches wird die spezifische Frequenz oder der Bereich von Frequenzen,
der optimal für
ein vorgegebenes Material 38b ist, bevorzugterweise durch
Experimentieren durch den Fachmann bestimmt.
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Der
Hub 62 der Platten 40b wird auf geeignete Weise
so ausgewählt,
dass er unter anderem einen gewünschten
Entlastungsbereich 43 oder eine gewünschte Verringerung der Druckkraft
während der
Entlastungsphase 46 erzeugt. Zusätzlich kann der Hub 62 so
gewählt
werden, dass er die Größe des Hysterese-Energieverlusts,
der bei einer einzelnen Kompressionsphase 44 erzeugt wird,
z. B. durch einen relativ längeren
Hub maximiert wird. Im Gegensatz dazu kann eine Bedienperson einen
relativ kurzen Hub zur Verwendung wählen, wenn z. B. eine minimale
Zeit zwischen den Kompressionsphasen 44 gewünscht wird.
Ferner kann der Hub 62 hinsichtlich der Art des Materials 38b oder
der Abmessung des Materials 38b, das zu formen ist, gewählt werden.
Als solches wird der spezifische Hub, der für ein vorgegebenes Material 38b optimal
ist, bevorzugterweise durch Experimentieren durch den Fachmann bestimmt.
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Wie
am besten in den
4 bis
8 zu sehen ist, kann der
Hub
62 auch als ein Verhältnis des maximalen Plattenabstands „1" in Richtung der
Kompression und des minimalen Plattenabstands „11" in Richtung der Kompression beschrieben
werden. Dieses Kompressionshubverhältnis wird am besten mathematisch
ausgedrückt
als:
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Durch
Experimentaldaten, die mehr im Einzelnen nachstehend beschreiben
werden, wurde ermittelt, dass ein Kompressionshubverhältnis innerhalb
des Bereichs von 0,01 < μc < 0,5 bevorzugt ist. Es
ist jedoch einzusehen, dass ein Kompressionshubverhältnis oberhalb
oder unterhalb dieses Bereiches auch im Schutzumfang dieser Erfindung
liegt. Ein spezifisches Kompressionshubverhältnis hängt von der Art des Materials 38b ab
und wird als solches am besten experimentell bestimmt.
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Ein
anderer Aspekt des Materialformgebungs- und Temperatursteuersystems 24 ist
am besten in den 4 bis 8 zu sehen. Spezifischerweise stellen
Kompressionsvektoren 36a,b den resultierenden Bewegungsvektor
der Platten 40b in einem Moment der Zeit im Wesentlichen
gleich zur Einleitung der Kompressionsphase 44 dar. In
einer vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist der Kompressionsvektor 36a im
Wesentlichen senkrecht zu einer Materialflussrichtung 50 innerhalb
des oszillierenden Presssystems 20 befindlich. Auf diese
Weise ist für ein
sich in einem Formgebungssystem 20 für ein zusammengepresstes Material
bewegendes Material 38b entlang eines horizontalen Wegs,
wie durch den Richtungspfeil 50 angegeben wird, der Kompressionsvektor 36a im
Wesentlichen vertikal ausgerichtet.
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Alternativ
dazu ist der Kompressionsvektor 36b auf geeignete Weise
ein Kompressionsvektorwinkel 37 relativ zur Materialflussrichtung 50.
Der Kompressionsvektorwinkel 37 enthält auf geeignete Weise eine
Querkomponente 39, die eine momentane Plattenbewegung in
Querrichtung widerspiegelt, einer Richtung die im Wesentlichen parallel
zur Ebene der Materialflussrichtung 50 ist. Zusätzlich enthält der Kompressionsvektorwinkel 37 eine
Vertikalkomponente 41, die eine gleichartige Bewegung entlang einer
Vertikalrichtung, einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Ebene
der Materialflussrichtung 50, angibt.
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Unter
Bezugnahme auf die 5 und 7 hängt ein Kompressionsvektorwinkel 37 von
etwa 5 Grad bis etwa 85 Grad von der Bewegung des Materials 38b in
einer ersten Richtung ab. Außerdem hängt ein
Kompressionsvektor winkel von etwa 95 Grad bis etwa 175 Grad von
der Bewegung des Materials 38b in einer zweiten Richtung,
die im Wesentlichen entgegengesetzt zur ersten Richtung ist, ab.
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In
einer gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
liegt der Kompressionsvektorwinkel 37 innerhalb eines Bereichs
von etwa 30 Grad bis etwa 60 Grad. Kleinere und größere Kompressionsvektorwinkel 37 werden
jedoch als innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung liegend
betrachtet. Mehr im Einzelnen wurde herausgefunden, dass die vorliegende
Erfindung mit einem Kompressionsvektorwinkel 37 von etwa
5 Grad bis etwa 85 Grad relativ zur Materialflussrichtung 50 arbeitet.
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Angesichts
der Kreisbewegung der Platten 40b wurde auch bestimmt,
dass auch ein Kompressionsvektorwinkel von etwa 95 Grad bis etwa
175 Grad mit der vorliegenden Erfindung verwendbar ist. Offensichtlich
würde ein
Kompressionsvektorwinkel 37 innerhalb dieses Bereichs zu
einer Umkehrung der Materialflussrichtung 50 führen. Mehr
im Einzelnen wird eine zweite Materialflussrichtung 51,
die im Wesentlichen zur ersten Materialflussrichtung 50 entgegengesetzt
ist, erzielt. Es ist für
den Fachmann einzusehen, dass das oszillierende Presssystem 20 auf diese
Weise als eine Einrichtung zur Steuerung der linearen Zuführgeschwindigkeit
des Materials durch die Presse gesteuert werden kann, um die Erwärmung oder
Kompression des Materials 38b zu steuern. Eine detailliertere
Erläuterung
der Plattenbewegung und des sich ergebenden Materialtransports wird
nachstehend vorgenommen.
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10 stellt einen anderen
einzelnen Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Spezifischerweise
ist ein Presssystem 71 entsprechend der vorliegenden Erfindung
offenbart. Das Presssystem enthält
Platten 40b, die so konfiguriert sind, dass sie direkt
das Material 38b während
des Pressprozesses kontaktieren. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass
die Platten 40b mit einem Material, wie z. B. rostfreiem
Stahl (nicht gezeigt) ausgekleidet sein können, um dazu beizutragen,
die Bewegung des Materials 38b durch das Materialformgebungssystem 20 zu
unterstützen.
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Die
Platten 40b sind typischerweise Metall oder ein anderes
Material, das so ausgebildet ist, dass es einen sich verjüngenden
Einlassabschnitt 48 Enthält, der so konfiguriert ist,
dass er die Mattenanordnung 30 aufnimmt, wenn sie in das
oszillierende Presssystem 20 eintritt. Die Größe der Abschrägung wird
auf geeignete Weise durch den Fachmann ermittelt. Bei der besonderen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wurde jedoch ein Abschrägungsbereich
von etwa 0,3 Grad bis etwa 7 Grad als ausreichend ermittelt. Platten 40b mit
Einlassabschnitten 48 jedoch, die größere, kleinere oder zusammengesetzte
Abschrägungen
aufweisen, werden als im Schutzumfang dieser Erfindung liegend betrachtet.
Außerdem
liegen auch Platten 40b mit Einlassabschnitten 48,
die an entgegengesetzten Enden der Platten 40b angeordnet
sind, ebenfalls im Schutzumfang dieser Erfindung (nicht gezeigt).
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Unter
Bezugnahme auf die 3 bis 8 und 12 kann das Materialtransportsystem 26 der
vorliegenden Erfindung verschiedene formen einnehmen. Unabhängig von
der Form ist es für
den Fachmann ersichtlich, dass die Funktion des Materialtransportsystems 26 darin
liegt, das Material 38b durch das oszillierende Presssystem 20 zu
bewegen. Die vorliegende Erfindung kann irgendein bekanntes Materialtransportsystem 26 verwenden,
das gegenwärtig beim
Stand der Technik bekannt ist. Z. B. kann eine externe Zugeinrichtung 33 verwendet
werden, um das Material durch die Presse zu ziehen. Zusätzlich kann
das Materialtransportsystem 26 so konfiguriert sein, dass
es das Material durch die Presse durch wirksames Drücken des
Materials 38b in die Presse hinein treibt (nicht gezeigt).
Außerdem
kann das Materialtransportsystem eine Struktur enthalten, die sowohl
das Material 38b durch die Presse zieht als auch drückt (nicht
gezeigt). Diese Strukturen sind beim Stand der Technik gut bekannt,
und als solches ist eine detaillierte Beschreibung nicht in dieser
Erläuterung
enthalten.
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In
den 5 und 7 ist ein alternatives Materialtransportsystem 26 offenbart.
Mehr im Einzelnen ist ein Band- oder Fördersystem 25 gezeigt.
Das Fördersystem 25 ist
so angeordnet, dass es das Material 38b durch das oszillierende
Presssystem stützt
und anderweitig transportiert. Geeignete Fördersysteme 25 sind
beim Stand der Technik gut bekannt, und werden als solches nicht
im Einzelnen in der vorliegenden Anmeldung erläutert. Für den Fachmann ist es einzusehen,
dass das Fördersystem 25 so
konfiguriert sein kann, dass es im Wesentlichen die Bewegung während der
Kompressionsphase 44 stoppt und die Bewegung während der
Entlastungsphase 46 ausführt. Alternativ dazu kann das
Fördersystem 25 sich
im Wesentlichen konstant durch die Kompressionsphase 44 und
die Entlastungsphase 46 bewegen.
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Ein
alternatives Materialtransportsystem 26 ist von der Bewegung
der oszillierenden Bewegung der Platten 40b abgeleitet.
Mehr im Einzelnen, die Bewegung der Platten 40b steuert
den Transport des Materials 38b durch das oszillierende
Presssystem 20. Wie oben erläutert und wie am besten in
den 5 und 7 dargestellt ist, enthält der Kompressionsvektorwinkel 37 sowohl
eine Vertikalbewegungskomponente 41 als auch eine Querbewegungskomponente 39.
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Ein
oszillierendes Presssystem 20, das Platten 40b aufweist,
die an das Material 38b mit einem Kompressionsvektorwinkel 37 angreifen,
verleiht der vorliegenden Erfindung ein neuartiges Merkmal. Mehr
im Einzelnen, wenn die Querbewegungskomponente 39 der Platten 40b mit
einer Kompressionsphase 44 übereinstimmt, funktioniert
die Querbewegungskomponente 39 so, dass sie das Material 38b durch
die Presse transportiert. Das Material 38b wird durch das
oszillierende Presssystem 20 eine lineare Entfernung entlang
transportiert, die geringfügig
kleiner ist, als die lineare Entfernung, die durch die Platten 40b während der
Kompressionsphase 44 bewegt wird. Dieser Transport tritt
einmal für
jeden oszillierenden Kompressionspresszyklus 34 auf. In
gleicher Weise presst die Vertikalbewegungskomponente 41 auf
geeignete Weise das Material 38b zusammen, während das
Material 38b transportiert wird. Entsprechenderweise ist
keine andere Transportstruktur, wie z. B. eine externe Zugeinrichtung
erforderlich, um das Material 38b durch das oszillierende
Presssystem 20 zu bewegen.
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Eine
Art und Weise zur Steuerung der Bewegung der Platte 40 zur
Erzielung eines adäquaten Kompressionsvektorwinkels 37 besteht
darin, die Platte 40 in einer im Wesentlichen kreisförmigen Bewegung
anzutreiben. Unter spezifischem Bezug auf die 10 und 11 besteht
ein gegenwärtig
bevorzugtes Verfahren zur Erzielung der erwünschten Bewegung darin, die
Platten 40b auf einer exzentrischen Welle 67 oder
einer gleichartigen Struktur anzutreiben. Solch eine Struktur erzeugt
eine im Wesentlichen kreisförmige
oszillierende Bewegung der Platten 40b, die für den besagten
Transport und die oszillierende Kompression des Materials 38b durch
das oszillierende Presssystem 20 ausreicht.
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Bei
einer gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
sind die Platten 40b jeweils mit wenigstens einer Bohrung 47 versehen,
die auf geeignete Weise so angeordnet ist, dass sie eine exzentrische Welle 67 aufnimmt.
In einer besonderen Ausführungsform
ist jede Platte 40 mit drei Bohrungen 47 konfiguriert,
von denen jede auf geeignete Weise so angeordnet ist, dass sie eine
exzentrische Welle 67 aufnimmt. Die exzentrische Welle 67 enthält einen Zapfenbereich 68 und
einen Nockenbereich 69. Der Zapfenbereich 68 steht
mit einem Antriebsmechanismus 27 über ein Getriebe, einen Riemen
Oder eine direkte Antriebseinrichtung (nicht gezeigt) in Verbindung.
Der Nockenbereich 69 ist so konfiguriert, dass er im Wesentlichen
im Inneren der Platten 40b verbleibt und diese in einer
im Wesentlichen kreisförmigen
Bewegung antreibt. Der Nockenbereich 69 ist bevorzugterweise
ausreichend groß,
um einen ausreichenden Entlastungsbereich 43 zur erzeugen,
solcher Art, dass das Material 38b nicht in einer unerwünschten
Richtung bewegt wird. Es ist jedoch anzumerken, dass obwohl irgendein
vorgegebener Punkt der Platten 40b eine im Wesentlichen
kreisförmige Bahn
umschreibt, die gegenüberliegenden
Flächen der
Platten zu jeder Zeit zueinander parallel verbleiben.
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Unter
spezifischen Bezug auf die 3 und 10 ist ein optionales Materialbehandlungssystem 28 bevorzugterweise
so konfiguriert, dass es das Material 38b behandelt, während das
Material 38b innerhalb des oszillierenden Presssystems 20 befindlich ist.
Das Materialbehandlungssystem 28 enthält den Zusatz geeigneter Farbstoffe
oder Farbmittel, feuerhemmender Materialien oder Konservierungsmaterialien.
Es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass die Art des Erzeugnisses,
das durch das Materialbehandlungssystem 28 zugesetzt wird,
den Schmutzumfang der vorliegenden Erfindung beschränkt. Demzufolge kann
irgendein geeignetes Erzeugnis durch das Materialbehandlungssystem 28 eingeleitet
werden.
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Eine
Materialbehandlungseinheit 52 ist auf geeignete Weise so
konfiguriert, dass sie die Anleitung irgendeines Behandlungserzeugnisses
steuert. Es ist nicht beabsichtigt, dass die Form der Materialbehandlungseinheit 52 die
vorliegende Erfindung beschränkt.
Somit kann irgendeine bekannte Struktur als eine Materialbehandlungseinheit 52 verwendet werden.
Z. B. kann die Materialbehandlungseinheit ein Behälter mit
geeigneten Pumpen, Dosierungsvorrichtungen, Abtastvorrichtungen
usw., die üblicherweise
mit der zeitweiligen Speicherung und der Verteilung der verschiedenen
Behandlungsprodukte entsprechend dieser Erfindung verwendet werden,
sein.
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Die
Materialbehandlungseinheit 52 enthält auf geeignete Weise irgendeine
Struktur, die notwendig ist, der Materialbehandlungseinheit 52 zu
ermöglichen,
so, wie beabsichtigt, zu funktionieren. Z. B. enthält die Materialbehandlungseinheit 52 irgendeinen
Schlauch, ein Leitungsrohr, eine Düse, einen Zerstäuber oder
eine Leitung, die die Materialbehandlungseinheit 82 bei
der Abgabe des Behandlungserzeugnisses auf das Material 38b verwendet.
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Bei
einer gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
ist das Materialbehandlungssystem 28 so konfiguriert, dass
es das Erzeugnis auf das Material 38b innerhalb des oszillierenden
Presssystems 20 während
der Entlastungsphase 46 einleitet. Das Materialbehandlungssystem 28 kann
jedoch so konfiguriert sein, dass es das Erzeugnis vor, während oder nachdem
das Material innerhalb dem Kompressionsabschnitt des oszillierenden
Presssystems 20 befindlich ist bzw. war, einleitet.
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Die
Steuerung des Materialformgebungs- und Temperatursteuerungssystem 24,
wie oben erläutert,
diktiert die gesamte Erwärmung
des Materials 38b. 12 ist
ein erster Graph 70, der Experimentaldaten darstellt, die
sich auf die Materialtemperatur auf der Y-Achse 74 und
die Zeit auf der X-Achse 76 beziehen. Eine Blocktemperaturkurve 72 stellt
die Erhöhung
des Materials 38b im Zeitverlauf dar, wenn das Material 38b der
vorliegenden Erfindung unterworfen wird. Der Block war eine 1,5
Inch-Anordnung von Furnierschichtholz. Die Lineargeschwindigkeit durch
die Presse war 12 Inch pro Minute. Die Presse arbeitete mit einer
Frequenz von etwa 40 Hz.
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Die 13 und 14 stellen einen zweiten Graph 80 und
einen dritten Graph 90 jeweils dar, die der Ergebnisse
eines anderen Experiments darstellen, das entsprechend der vorliegenden
Erfindung durchgeführt
wurde. Sowohl der zweite Graph 80 als auch der dritte Graph 90 spiegeln
Daten wider, die aus dem gleichen Experiment entnommen wurden. Das
Experiment verwendete 0,035-Zoll-Espenholzstreifen, die einen Feuchtigkeitsgehalt
von etwa 4% hatten und in eine Mattenanordnung mit einer Reihendichte
(row density) von etwa 25 lbs/ft3 bis etwa 42
lbs/ft3 geformt waren. Die Mattenanordnung
enthielt kein Harz, Wachs oder andere Zusätze. Die oszillierende Kompressionspresse
oszillierte mit einer Frequenz von 30 Hz und hatte eine lineare
Mattengeschwindigkeit durch die Presse von 0,6 feet/minute.
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Der
zweite Graph 80 bezieht sich auf die Temperatur in Grad
Celsius auf der Y-Achse 82 und die Zeit in Sekunden auf
der X-Achse. Die Kurve 88 stellt die Innentemperatur der
Mattenanordnung 30 dar, wenn sie durch das Formgebungssystem 20 für das zusammengepresste
Material hindurchtritt.
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Der
dritte Graph 90 stellt die Innendruckänderungen innerhalb des Materials 38b bezüglich der oszillierenden
Kompression bei der vorliegenden Erfindung dar. Die X-Achse 92 stellt
die Drehposition der exzentrischen Welle in Radianten dar. Auch
stellt eine obere X-Achse 94 die Zeit in Sekunden dar.
Die Y-Achse gibt den Innendruck in pounds/in2 an.
Die Kurve 98 stellt den Zustand des Materials 38b relativ zu
den Variablen dar, die auf dem dritten Graph angezeigt sind. Spezifischerweise
sind die Innendruckänderungen
des Materials 38b gezeigt, wenn sich die oszillierende
Kompressionspresse durch die mehreren Presszyklen 34 bewegt.
Für dieses
Experiment wurde in Dehnungsmessstreifen in der Hochdruckzone der
Presse angeordnet.
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15 ist ein vierter Graph 100,
der sich auf die Temperatur des Materials 38b auf der Y-Achse 104 und
die Zeit in Sekunden auf der X-Achse bezieht. Die Kurve 106 und
die Kurve 108 spiegeln die Temperatur des Matarials 38b zu
einer vorgegebenen Zeit wider, wenn das Material 38b durch
die oszillierende Kompressionspresse sich fortbewegt. Die Kurve 106 und
die Kurve 108 zeigen Daten, die von Thermoelementen abgenommen
wurden, die innerhalb des Materials 38b entlang der Materialrichtung 50 positioniert
sind.
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Das
Experiment, das in 15 widergespiegelt
ist, verwendete Yellow-Popular-Schälspäne mit einer
Länge von
0,050 Inch und mit einem Anfangsfeuchtigkeitsgehalt von etwa 3%.
Die Schälspäne waren
mit einem flüssigen
Phenol-Formaldehyd, einem festen Phenol-Fomaldehyd mit etwa 3% und etwa
2% Paraffingatsch versetzt. Die Lineargeschwindigkeit des Materials
war 1 Inch/Minute und die Frequenz war 30 Hz. Die Sollerzeugnisdichte
war 40 pounds/ft3.
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Währenddessen
die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wie oben angegeben dargestellt und beschrieben wurde,
können
viele Abänderungen
gemacht werden, ohne den Geist und Schutzumfang der Erfindung zu
verlassen. Entsprechenderweise ist der Schutzumfang der Erfindung
nicht durch die Offenbarung der bevorzugten Ausführungsform beschränkt. Stattdessen
sollte die Erfindung vollständig
unter Bezugnahme auf die Patentansprüche, die folgen, bestimmt werden.