DE69614517T2 - Vorrichtung zur druckbehandlung von holz - Google Patents

Description

TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Druckbehandlung von Holz. Die Vorrichtung umfasst einen Behandlungsraum in Form einer Druckkammer, die während der Drückbehandlung eines oder mehrere Holzelemente sowie ein Druckmedium aufnimmt, mit dem der Druck auf die Holzelemente übertragen wird, wobei das Druckmedium die Holzelemente auf mehr als einer Seite umschließt.
• Die Vorrichtung eignet sich insbesondere für die Härtbehandlung von länglichen flachen Holzelementen, wie beispielsweise Brettern, sowie Tafeln und Platten.
TECHNISCHER HINTERGRUND
• Es ist bekannt, da ss die Eigenschaften von Holzerzeugnissen durch Druckbehandlung verändert werden. SE 446 702 beschreibt ein Verfahren zum Härten und Stabilisieren von Holz. Das Verfahren umfasst das Erhitzen von Holz auf eine Temperatur von 75-160ºC und das Verdichten durch mechanisches Pressen bei einem Verdichtungsdruck von 50-1000 bar über einen Zeitraum von 0,1-60 s. Um diese Behandlung auszuführen, wird eine Walzenpresse eingesetzt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass dieses Verfahren zu einem uneinheitlichen Behandlungsergebnis führt. Die Veränderung der Härte des behandelten Holzes unterscheidet sich an verschiedenen Punkten auf der behandelten Fläche erheblich. Dieses unzureichende Behandlungsergebnis ist vorwiegend auf die Nachteile der Walzenpresse zurückzuführen. Beim Kalandern wird der Behandlungsdruck an einer Linie auf der Fläche des behandelten Elementes ausgeübt. Das heißt, dass beim Kalandern aufgrund von geringfügigen natürlichen Unterschieden der Dicke und der Dichte des unbehandelten Holzelementes lokal unterschiedliche Walzendrücke auftreten. Daher kommt es zu lokalen Unterschieden beim Behandlungsergebnis. Des Weiteren wird beim Kalandern der Druck nur in einer Richtung ausgeübt. Beim Walzen neigt das behandelte Element daher dazu, in der Breite und der Länge auszuwandern. Dies führt unter anderem dazu, dass die Ränder des Elementes ungleichmäßig werden. Noch schlimmer jedoch ist, dass der in einer Richtung wirkende Druck zu dem sich lokal unterscheidenden Behandlungsergebnis führt. Das Material in den Teilen das Elementes, die sich an den Rändern des Elementes befinden, wandert leicht aus und erfährt nur die vertikale Verdichtung. In den Teilen, die sich nicht am Rand befinden, verhindert hingegen die innere Reibung des Holzes das Auswandern des Materials. Das Material in diesen Teilen erfährt daher auch einen bestimmten und stark unterschiedlichen inneren horizontalen Gegendruck, der dazu führt, dass diese Teile härter werden als die Ränder des Elementes. Es ist vor allem das sich lokal unterscheidende Härteergebnis, durch das das Kalandern sich als ungeeignet für die Druckbehandlung von Holzelementen erweist.
TECHNISCHE PROBLEME
• Die schwedische Patentanmeldung 7805483-0 beschreibt ein Verfahren zum Pressen von Furnier. Im Text der Beschreibung ist dargelegt, dass ein bekanntes Verfahren darin besteht, Furnier mit mäßigen Drücken in der Größenordnung von 1-5 MPa zu pressen, und darüber hinaus, dass es sich beim Pressen von Kiefernholzfurnier als geeignet erwiesen hat, mit Drücken um 150-350 MPa zu arbeiten. Dem Text zufolge sollte der Druck mittels einer Hydraulikpresse gleichzeitig über die gesamte Furnierfläche ausgeübt werden. Diese Darlegungen erscheinen einem Fachmann als unglaubhaft. Das Erzeugen derartig hoher Drücke über eine große Fläche mit Technologie nach dem Stand der Technik scheint, wenn nicht unmöglich, so doch zumindest wirtschaftlich nicht machbar. Es ist eher wahrscheinlich, dass die in der Beschreibung angestrebten Drücke in der Einheit bar angegeben sind, d. h., dass die tatsächlichen Drücke ein Zehntel der in der Beschreibung mit MPa angegebenen betragen.
• Bei dieser Interpretation wird der Text der Beschreibung wahrscheinlicher und wendet sich damit einem Problem zu, das beim Pressen von Furnier auftritt. Es wird hier beschrieben, Nie Kiefernholzfurnier, das in einer mechanischen Flächenpresse bzw. Walzenpresse druckbehandelt wird, dazu neigt, zerquetscht und pulverisiert zu werden, wenn der Oberflächendruck 350 bar übersteigt. Diese Erscheinung, die natürlich unvorteilhaft ist, ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Druck lediglich in einer Richtung ausgeübt wird.
• Auch SE 432 903 betrifft ein Verfahren zum Härten von Holz durch das Verdichten von flachen Holzelementen. Beim Ausführen des Verfahrens wird das Holzelement in einen Behandlungsraum zwischen zwei Pressvorrichtungen gegeben, die zueinander bewegt werden können. Zwischen dem Holzelement und einer der Pressvorrichtungen wird des Weiteren eine Schicht aus elastischem Material angeordnet, die aus Kunststoff oder Gummi besteht. Bei der Behandlung wird das Holzelement in lediglich einem Behandlungsschritt verdichtet, indem die Pressvorrichtungen auf einen gewünschten Abstand zueinander aufeinanderzu bewegt werden und anschließend voneinander weg bewegt werden. Bei der Verdichtung drücken harte Zweige aus dem Holzelement heraus und in die Schicht aus elastischem Material hinein, wodurch dem Aufspalten der harten Zweige entgegengewirkt wird. Die Behandlung führt zu einer permanenten Verdichtung des Holzelementes, ohne dass Zweige zerquetscht werden, wodurch die Qualität des Behandlungselementes leidet.
• Es hat sich jedoch herausgestellt, dass auch dieses Verfahren zu einer uneinheitlichen Zunahme der Härte in verschiedenen Teilen des behandelten Elementes führt. Zugegebenermaßen umfasst die Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens neben den beiden Pressvorrichtungen auch zwei Längsseiten-Begrenzungsleisten. Die Aufgabe dieser Leisten besteht wahrscheinlich darin, zu verhindern, dass sich das Holzelement bei der Behandlung seitlich bewegt. Des Weiteren verhindern die Streifen wahrscheinlich in gewissem Maße, dass das Holzelement sich bei der Verdichtung seitlich nach außen bewegt. Dennoch bleibt die Tatsache bestehen, dass auch diese Pressvorrichtung lediglich in der Lage ist, einen Druck in einer Richtung zu erzeugen. Dies bedeutet, wie in SE 432 903 angedeutet, eine Einschränkung, da der Behandlungsdruck dem Dokument zufolge 50 MPa bzw. 500 bar nicht übersteigen sollte. Bei Kiefernholz sollte der Druck 400 bar nicht übersteigen, wobei dies genau dem in 7805483-0 erwähnten Problem entspricht, d. h., dass Kiefernholzfurnier zerquetscht wird, wenn der Behandlungsdruck 350 bar übersteigt.
• Die oben beschriebenen Vorrichtungen zur Druckbehandlung von Holz weisen daher sämtlich zwei schwerwiegende Nachteile auf. Einerseits führt die Druckbehandlung mit diesen Vorrichtungen zu einem Behandlungsergebnis, das über die Fläche des behandelten Elementes ungleich ist, und andererseits bringen die Vorrichtungen eine Einschränkung in Bezug auf ein relativ niedrigen maximalen Druck mit sich, der zum Einsatz kommen kann, ohne dass das zu behandelnde Holz beschädigt wird.
• Letztere Einschränkung ist besonders schwerwiegend, da sich in jüngster Zeit herausgestellt hat, dass höhere Behandlungsdrücke, wenn sie das Holz nicht beschädigen, zu einem erheblich besseren Behandlungsergebnis hinsichtlich der Härtung und der Verdichtungsstabilität führen.
• GB 100,792 beschreibt ein Verfahren für die Druckbehandlung von Holz, bei dem das behandelte Holz in ein Druckmedium gegeben und Druck von mehreren Seiten ausgesetzt wird, der über das Druckmedium auf das Holz übertragen wird. Der in mehrere Richtungen ausgeübte Druck verringert die Gefahr, dass die Poren des Holzes bei der Behandlung zerquetscht werden. Damit das Verfahren funktioniert, ist es erforderlich, dass weder Gas noch Flüssigkeit, die in dem Druckmedium enthalten sein können, bei der Druckbehandlung in das Holz eindringen können. Daher wird das Verfahren mit einem besonders viskosen Druckmedium ausgeführt, das vollständig frei von Gasen ist. Als Alternative dazu kann das zu behandelnde Holz in ein elastisches Material eingehüllt werden, das für Gas vollständig undurchlässig ist. Ein weitere Vorraussetzung für das Funktionieren des Verfahrens besteht darin, dass die Druckbehandlung bei einer erhöhten Temperatur ausgeführt wird, die über 90ºC liegt. Zu diesem Zweck sind spezielle Heizelemente um die Druckkammer herum angeordnet.
• Obwohl das in GB 100,792 beschriebenen Verfahren eine geringere Gefahr hinsichtlich der Schädigung der Poren des Holzes bei der Behandlung mit sich bringt, weist es ebenfalls eine Reihe von Nachteilen auf. So ermöglicht es das Verfahren, Holz Druckbehandlung lediglich mit einem Druck in der Größenordnung von 200 bar zu unterziehen. Des Weiteren muss sich die Druckbehandlung über einen erheblichen Zeitraum von ungefähr zwei bis drei Stunden erstrecken. Des Weiteren stellt das Verfahren auch sehr spezielle Anforderungen an das eingesetzte Druckmedium, da dieses vollständig frei von Gas bzw. Flüssigkeit sein sollte, die in das Holz eindringen können. Eine noch schwerwiegendere Beschränkung des beschriebenen Verfahrens besteht möglicherweise darin, das spezielle Heizeinrichtungen erforderlich sind, da die Druckbehandlung nicht bei normaler Raumtemperatur ausgeführt werden kann.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in einer Vorrichtung für die Druckbehandlung vor Holz, mit der die Druckbehandlung des Holzes bei zufriedenstellendem Ergebnis in erheblich kürzerer Zeit ausgeführt werden kann, so dass das Holz bei normaler Raumtemperatur und Drücken von mehr als 800 bar druckbehandelt werden kann.
Die Lösung
• Das oben genannte Ziel wird gemäß der Erfindung mit einer Vorrichtung des Typs erreicht, wie sie im beigefügten Anspruch 1 definiert ist.
• Indem die Menge an Sekundärmedium, das bei der Druckbehandlung in das Holz eindringt, gesteuert wird, ist es unter anderem möglich, die Temperatur des Druckmediums und des Holzes lokal zu steuern. In den Fällen; in denen das Sekundärmedium aus einem verdichtbarem Gas bzw. verdichtbarer Flüssigkeit besteht, steigt die Temperatur des Mediums während der Verdichtung an, so dass die Steuerung der Menge des eindringenden Mediums genutzt werden kann, um die Temperatur genauer zu steuern.
• Diese Temperatursteuerung ist besonders nützlich, um bestimmte chemische Veränderungen in dem Holz während der Behandlung zu erreichen und zu beeinflussen. Die Vorrichtung ermöglicht daher eine genaue Temperatursteuerung, ohne dass spezielle Heiz- und Kühleinrichtungen erforderlich sind. Dadurch fallen die Kosten für derartige Einrichtungen vollständig weg. Desgleichen verringern sich die Betriebskosten beim Einsatz der 'Vorrichtung gemäß der Erfindung, da keine separate Heizenergie zugeführt werden muss. Die Einrichtung zum Steuern der Menge an Sekundärmedium, die in das Holz eindringt, kann auch genutzt werden, um das Eindringen von Sekundärmedium bei der Druckbehandlung vollständig auszuschließen. So ist es möglich, ein und dieselbe Vorrichtung sowohl für die Zwecke einzusetzen, bei denen das Eindringen eines Mediums wünschenswert ist, als auch für die Einsatzzwecke, bei denen das Eindringen eines Mediums vermieden werden sollte.
• Die Vorrichtung ermöglicht des Weiteren das Imprägnieren des Holzes bei der Druckbehandlung. Gas Sekundärmedium kann Schutz- und Imprägniermittel enthalten. So ist es möglich, in ein und demselben Behandlungsschritt das behandelte Holz sowohl zu verdichten und zu härten als auch zu imprägnieren.
• Da das Druckmedium das Element auf mehr als einer Seite umgibt, kann das Holzelement einem von mehreren Seiten wirkenden Druck ausgesetzt werden. Das Druckmedium überträgt den gleichen Druck auf alle Seiten des Elementes, die von dem Druckmedium umgeben sind. So kann verhindert werden, dass das Material in irgendeiner Richtung auswandert. Des Weiteren wird jeder Teil des Elementes unabhängig von der Dicke und Dichte dem gleichen Druck ausgesetzt, d. h. das gesamte Element wird der gleichen Veränderung der Eigenschaften unterzogen, so beispielsweise in Form des Härtens. Darüber hinaus hat der in mehrere Richtungen wirkende Druck den Vorteil, dass ein erheblich höherer Druck eingesetzt werden kann, als dies mit Pressen der bisher eingesetzten Art möglich war. Versuche haben ergeben, dass Kiefernholz mit einem Druck über 1000 bar behandelt werden konnte, ohne dass das Holz zerquetscht oder anderweitig beschädigt wurde.
• Die Einrichtung zum Steuern der Menge an eindringendem Sekundärmedium kann eine oder mehrere Ventile zum Absaugen eines Sekundärmediums aus der Druckkammer umfassen. Die Einrichtung ermöglicht es, die Holzelemente bei atmosphärischem Druck in die Druckkammer einzugeben, und dass beispielsweise Luft aus der Umgebung in der Druckkammer vorhanden ist, wenn die Druckbehandlung beginnt. Beim Druckanstieg in der Druckkammer werden die Ventile geöffnet, so dass das Gas abgesaugt wird. Da nur die gewünschte Restmenge an Gas in der Druckkammer vorhanden ist, wird das Ventil geschlossen, woraufhin die Druckbehandlung abgeschlossen werden kann, während Gas in das Holz eindringt. Beim Ablassen des Drucks können die Ventile wieder geöffnet werden, so dass Gas in die Druckkammer strömt, und die Entstehung eines Vakuums vermieden wird.
• Die Einrichtung zum Steuern des Eindringens von Sekundärmedium kann des Weiteren eine Umhüllung umfassen, die jedes Holzelement umgibt und für das Sekundärmedium undurchdringlich ist. Die Umhüllung besteht beispielsweise aus einem Kunststoffsack, in den die Holzelemente vor der Behandlung eingeführt werden. Vor der Druckbehandlung wird der Sack ebenfalls geschlossen, so beispielsweise durch Schweißen oder Schrumpfen mittels Erhitzen. Die Holzelemente, die so dicht eingeschlossen sind, können anschließend in der Druckkammer Druckbehandlung unterzogen werden, und zwar selbst dann, wenn diese ein Gas oder eine Flüssigkeit einer Art und in einer Menge enthält, die bei der Behandlung nicht in die Elemente eindringen soll. Wenn eine bestimmte Menge an Gas oder Flüssigkeit beim Schließen des Sacks in der Umhüllung eingeschlossen werden kann, kann die Menge an Gas bzw. Flüssigkeit, die in die Holzelemente eindringt, gesteuert werden. Eine Kombination von Ventilen und von umschließenden Umhüllungen ist ebenfalls möglich.
• Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann so konstruiert werden, dass das Druckmedium das Holzelement auf allen Seiten umgibt. Das Druckmedium kann dann beim Druckanstieg den hohen Druck auf alle Seiten des Elementes übertragen. So wird das Holzelement einem vollständig isostatischen Druck ausgesetzt, d. h. einem Druck, der in allen Richtungen in dem Raum gleich stark ist. Die Druckbehandlung von Holz unter vollständig isostatischem Druck ist unter verschiedenen Aspekten von Vorteil. Einerseits führt die isostatische Behandlung dazu, dass die Verdichtung des Holzelementes gleichseitig wirkt. Wenn beispielsweise ein Brett mit einem rechteckigem Querschnitt, das ein bestimmtes Verhältnis zwischen den verschiedenen Seiten des Querschnitts hat, isostatisch unter Druck gesetzt wird, ist das Verhältnis zwischen den Seiten nach der Behandlung das gleiche, während die Querschnittsfläche dauerhaft abgenommen hat. Die Länge des Bretts wird nicht im gleichen Maße durch die Druckbehandlung beeinflusst. Ein weiterer Vorteil bei vollständig isostatischer Behandlung im Vergleich zu anderen Druckbehandlungen in mehreren Richtungen und insbesondere im Vergleich zur Druckbehandlung in nur einer Richtung besteht darin, dass der maximale Behandlungsdruck erheblich höher sein kann, ohne dass das Holz beschädigt wird. Ein hoher Behandlungsdruck ist häufig wünschenswert, da sich herausgestellt hat, dass das Behandlungsergebnis, so beispielsweise in Form des Härtens des Holzes und einer Veränderung der Elastizität des Holzes, bei einem hohen Druck besser ist.
• Des Weiteren kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung eine oder mehrere Führungsflächen umfassen, mit denen die Holzelemente während der Behandlung in Kontakt kommen. Bei einer vollständig isostatischen Behandlung beispielsweise von länglichen Holzelementen, neigen die Elemente mitunter dazu, eine gewisse Torsion zu erleiden. Selbst wenn der Querschnitt des Elementes einheitlich zusammengedrückt wird, kann die Druckbehandlung so zu einer ungewollten Verformung entlang der Längsachse des Elementes führen. Wenn das Element mit einer seiner Längsseiten mit einer Führungsfläche in Kontakt kommt, wird diese Torsion vermieden.
• Die Führungsflächen können auf unterschiedliche Weise ausgeführt werden. So kann der Boden der Druckkammer beispielsweise aus einer gemeinsamen Führungsfläche für eine Vielzahl von Holzelementen bestehen, die nebeneinander angeordnet sind. Des Weiteren können die Führungsflächen aus einer Vielzahl steifer Träger bestehen, die nebeneinander und übereinander angeordnet sind. Darüber hinaus können die Führungsflächen so geformt sein, dass eine Struktur in die Seite des Holzelements eingeprägt wird, die mit der Führungsfläche in Kontakt kommt. So müssen die Führungsflächen nicht unbedingt plan sein, sondern können verschiedene Profile und Formen aufweisen.
• Des Weiteren kann bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung eine die Reibung verändernde Schicht auf die Führungsflächen aufgetragen werden. Wenn das Holzelement während der Druckbehandlung mit einer Führungsfläche in Kontakt kommt, wird die Kontaktseite des Elementes in geringerem Maße zusammengedrückt als die Seiten, die von dem Druckmedium umgeben sind. So wird das Holzelement ungleichmäßig zusammengedrückt, so dass der Querschnitt des Elementes, der zum Beginn rechteckig war, nach dar Behandlung die Form eines Trapezes oder, genauer gesagt, eines abgestumpften Dreiecks aufweist, bei dem die Seite, die mit der Führungsfläche in Kontakt kommt, länger ist als die Seite, die der zuerst genannten Seite gegenüberliegt. Die Erscheinung, die in bestimmten Fällen unerwünscht ist, tritt aufgrund der Reibung zwischen dem Holzelement und der Leitfläche auf. Wenn eine reibungsmindernde Schicht auf die Führungsflächen aufgetragen wird, kann diese Reibung verringert werden, so dass das Verhältnis zwischen den verschiedenen Seiten des Querschnitts beim Zusammendrücken im Wesentlichen aufrechterhalten wird. Umgekehrt ist es auch möglich, eine die Reibung verstärkende Schicht auf die Führungsflächen aufzutragen, um den Effekt der uneinheitlichen Verdichtung zu verstärken, wenn dies gewünscht sein sollte. Durch die Auswahl der verschiedenen die Reibung verändernden Schichten, ist es so möglich, zu steuern, in welchem Maß der Querschnitt des Holzelementes ungleichmäßig zusammengedrückt wird, wenn bei der Druckbehandlung Kontakt mit einer Führungsfläche auftritt.
• Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann das Druckmedium aus einem flexiblen Material, vorzugsweise Gummi, bestehen, das in der Hochdruckkammer mit einer Membran von einem Arbeitsfluid getrennt ist. Um zu verhindern, dass das Druckmedium während der Behandlung in das Holz eindringt, sollte das Druckmedium keine zu niedrige Viskosität aufweisen. Desgleichen darf die innere Reibung des Druckmediums nicht zu stark sein, damit das Medium einen isostatischen Druck in der Druckkammer erzeugen kann. Das Medium kann daher flexibel sein, und Gummi hat sich als besonders geeignet erwiesen. Der Gummi hat geeigneterweise die Form einer Vielzahl von Elementen mit einer entsprechenden Größe und Form. Um den Druck von einer Druckerzeugungseinheit zu übertragen, wird geeigneterweise ein Arbeitsfluid in Form einer Flüssigkeit oder eines Gases eingesetzt. Derartige Arbeitsfluide können auf übliche Weise relativ einfach mit einer Pumpe, einer Hydraulikeinheit, einem Druckverstärker oder auf andere Weise unter Druck gesetzt werden. Des Weiteren sind, um zu verhindern, dass sich das Arbeitsfluid mit dem Druckmedium vermischt und das Holzelement eindringt, Arbeitsfluid und Druckmedium mittels einer elastischen Membran voneinander getrennt. Diese Membran ist in der Druckkammer angeordnet und unterteilt diese beim Druckanstieg in eine Primärkammer, die das Arbeitsfluid aufnimmt, und eine Sekundärkammer, die das Holzelement und das Druckmedium aufnimmt. Die Elastizität der Membran gewährleistet, dass sich das Druckmedium selbst formt und das Holzelement auf allen beabsichtigten Seiten umfließt.
• Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann das Druckmedium als Alternative dazu aus einer Flüssigkeit bestehen. Da eine Flüssigkeit auf einfache Weise mit der oben beschriebenen Druckerzeugungseinrichtung unter Druck gesetzt werden kann, ist bei dieser Ausführung kein separates Arbeitsfluid notwendig. Des Weiteren ist keine Membran erforderlich, um die Druckkammer in eine Primär- und eine Sekundärkammer zu unterteilen. Um zu verhindern, dass bei dieser Ausführung das flüssige Druckmedium in das Holz eindringt, können die Holzelemente von einer Umhüllung umgeben sein, die Kontakt zwischen der Flüssigkeit und dem Holz verhindert. Diese Umhüllung wird geeigneterweise auch eingesetzt, um die Menge an Gas einzuschliessen, die, wenn angebracht, bei der Druckbehandlung in das Holz eindringen soll. Derartige Umhüllungen können beispielsweise als flüssigkeitsdichte Säcke oder als aufgeschrumpfte und/oder geschweißte Verpackungsfolie ausgeführt werden. Die Umhüllung besteht geeigneterweise aus einem Kunststoffmaterial.
• Die Vorrichtung ist geeigneterweise so ausgeführt, dass die Druckbehandlung bei Temperaturen zwischen 0 und 50ºC, vorzugsweise zwischen 10 und 40ºC, ausgeführt wird.
• Es ist daher möglich, die Vorrichtung bei normaler Raumtemperatur oder sogar im Freien einzusetzen, ohne dass spezielle Heizeinrichtungen zum Einsatz kommen müssen. Wenn für die Druckbehandlung eine bestimmte lokale Minimaltemperatur in dem Holz bei der Behandlung erforderlich ist, wird diese Temperatur durch die Steuerung der Menge des Sekundärmediums in Form eines komprimierbaren Mediums hergestellt und gesteuert, das bei der Druckbehandlung in das Holz eindringt.
• Des Weiteren ist die Vorrichtung so ausgeführt, dass die Druckbehandlung bei Drücken zwischen 500 und 5000 bar, vorzugsweise zwischen 800 und 1500 bar, vorgenommen werden kann. Aufgrund des aus mehreren Richtungen wirkenden Drucks und des gesteuerten Eindringens des Sekundärmaterials kann das Holz mit diesen relativ hohen Drücken behandelt werden, ohne dass es zur Beschädigung des Holzes kommt. Bei Versuchen hat sich herausgestellt, dass die oben aufgeführten Druckbereiche bei der Behandlung unterschiedlicher Holzarten zu guten Ergebnissen führen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Beispielhafte Ausführungen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt durch eine Vorrichtung für die Druckbehandlung von Holz gemäß einer Ausführung der Erfindung.
• Fig. 2 ist ein schematischer Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung.
• Die Vorrichtung für die Druckbehandlung von Holz, die in Fig. 1 dargestellt ist, umfasst eine Druckkammer 1, die durch einen oberen Teil 2 und einen unteren Teil 3 gebildet wird. Wenn die beiden Teile 1 und 2 voneinander getrennt werden, wird die Druckkammer geöffnet, so dass die Holzelemente, die behandelt werden, eingeführt und entnommen werden können. In der Druckkammer 1 ist eine elastische Membran 4 angeordnet. Die Membran 4 ist an dem oberen Teil 2 so angebracht, dass sie zwischen dem oberen Teil 2 und dem unteren Teil 3 fixiert ist, wenn die Druckkammer 1 geschlossen ist und so dass der untere Teil 3 der Druckkammer freiliegt, wenn die Kammer geöffnet ist.
• Wenn die Druckkammer 1 geschlossen ist, unterteilt die Membran die Druckkammer in eine Primärzelle 1 und eine oder mehrere (drei in der Figur) Sekundärzellen 1b. Die Membran 4 hat die Form eines Gummituchs, es können jedoch auch andere Materialien eingesetzt werden.
• Die Druckkammer 1 nimmt des Weiteren drei längliche Holzelemente 5a 5b, 5c auf. Das erste Holzelement 5a wird auf den Boden der Druckkammer gelegt und kommt mit seiner unteren Längsseite mit dem unteren Teil 3 der Druckkammer in Kontakt, wobei der untere Teil ein plane Führungsfläche 6a für das erste Element 5a bildet. Das zweite Holzelement 5b wird auf eine separate Führungsfläche 6b aufgelegt, die auf einem Träger 7 angeordnet ist. Des Weiteren ist der Träger als ein Prägewerkzeug ausgebildet, d. h. sein Querschnitt weist ein bestimmtes Profil auf, so dass die Führungsfläche 6b nicht plan ist, sondern entsprechend der gewünschten Form des Querschnitts des Holzelementes 5b nach der Behandlung mit Aussparungen versehen ist. Das dritte Holzelement 5c ist gasdicht in einer Kunststoffumhüllung 11b eingeschlossen. Diese Umhüllung 11b, die aus einem Kunststoffschlauch besteht, der auf das Holzelement 5c aufgepasst und an seinen Enden verschweißt wird, verhindert, dass in der Druckkammer verbleibendes Gas bei der Druckbehandlung in das Holzelement eindringt. Es ist auch möglich, den Kunststoffschlauch so zu verschließen, dass eine bestimmte festgelegte Menge an Restgas in der Umhüllung eingeschlossen wird. Auf diese Weise wird die Menge an Gas, die bei der Druckbehandlung in das Holzelement eindringt, gesteuert. Das dritte Holzelement 5c kommt mit keiner Führungsfläche in Kontakt, sondern ist frei in ein Druckmedium 8 eingebettet. Auch die anderen beiden Holzelemente 5a, 5b sind in das Druckmedium 8 eingebettet, so dass das Medium die Elemente auf allen Seiten mit Ausnahme der Seiten umgibt, die mit den Führungsflächen 6a bzw. 6b des Elementes in Kontakt kommen. Das Druckmedium 8 besteht aus einer Vielzahl entsprechend ausgeführter Gummielemente. Diese Elemente können beispielsweise als Kugeln, längliche Streifen, Würfel oder als uneinheitliche kleinere oder größere Körper ausgebildet sein.
• Ein Druckrohr 9 öffnet sich in die Druckkammer 1 hinein über der Membran 4 und verbindet eine Druckerzeugungs-Hydraulikeinheit 10 mit der Primärzelle 1a der Druckkammer 1. Über das Druckrohr kann ein unter Druck stehendes Arbeitsfluid in Form von Hydrauliköl in die Primärzelle 1a der Druckkammer geleitet werden. Auch andere Arbeitsfluide, wie beispielsweise Wasser oder Gas, können natürlich eingesetzt werden.
• Des Weiteren sind im unteren Teil 3 der Druckkammer drei Absaugventile 11a angeordnet. Die Ventile können druckgesteuert sein oder auf andere Weise gesteuert werden.
• Wenn die Holzelemente 5a, 5b, 5c druckbehandelt werden sollen, wird die Druckkammer 1 zunächst geöffnet, indem die beiden Teile 2 und 3 voneinander getrennt werden. Die Membran 4, die in diesem Zustand relativ stark gedehnt ist, verbleibt an dem oberen Teil. Der untere Teil 2 der Kammer 1 liegt so frei, und das erste Holzelement 5a sowie das zweite Holzelement 5b können auf ihre Führungsflächen 6a bzw. 6b gelegt werden. Das dritte Holzelement wird auf einen kleinen Haufen von angesammeltem Druckmedium 8 aufgelegt. Anschließend wird Druckmedium 8 auf die Holzelemente 5a, 5b, 5c so aufgetragen, dass sie vollständig bedeckt sind. Der obere Teil der Druckkammer wird in Position gebracht und an dem unteren Teil 3 befestigt, so dass die Kammer 1 dicht ist. Gleichzeitig wird die Membran 4 zwischen dem oberen Teil 2 und dem unteren Teil 3 zusammengedrückt.
• Wenn die Druckkammer 1 dicht ist, kann der Druck erhöht werden. Die Hydraulikeinheit 10 pumpt Öl über das Druckrohr 9 in die Primärzelle 1a der Druckkammer 1. Wenn diese Zelle allmählich mit Öl gefüllt wird, wird die Membran 4 mehr und mehr gedehnt. Dadurch nimmt das Volumen der Sekundärzelle 1b unter der Membran 4 ab. Wenn die Membran 4 gedehnt wird und sich um das Druckmedium 8 in der Sekundärzelle 1b herum formt, wird die restliche Luft über die Ventile 11a aus der Sekundärzelle 1b abgesaugt. So wird verhindert, dass Luft in der Sekundärzelle 1b in die Holzelemente 5a, 5b eindringt. Indem die Ventile gesteuert werden, kann bewusst eine bestimmte Menge an Luft in der Sekundärkammer zurückgehalten werden. Bei bestimmten Einsatzzwecken kann es wünschenswert sein, dass eine bestimmte Menge Luft bei der Druckbehandlung in das Holz eindringt. Da die Temperatur des Gases beim Verdichten ansteigt, kann die Menge des verbleibenden Gases genutzt werden, um die Veränderung der Temperatur zu steuern, zu der es in den Holzelementen und dem Druckmedium während der Druckbehandlung kommt. Ein Anstieg der Temperatur kann bei bestimmten Einsatzzwecken vorteilhaft sein, so beispielsweise, wenn bestimmte chemische Reaktionen in dem Holz bei der Behandlung ausgelöst und beeinflusst werden sollen. Als ein Beispiel ist zu erwähnen, dass sich die in dem Holz enthaltene Substanz Lignin unter dem Einfluss von erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur positiv verändert. Des Weiteren können die Ventile eingesetzt werden, um andere Substanzen, so beispielsweise imprägnierende Gase oder Flüssigkeiten, vor oder während der Druckbehandlung in die Sekundärzelle einzuleiten. Diese Gase bzw. Flüssigkeiten können dann in der Sekundärzelle 1b der Druckkammer eingeschlossen werden, indem die Ventile 11a geschlossen werden, und durch den Druckanstieg in der Druckkammer in das Holz eindringen. Wenn sich die Membran 4 um das Druckmedium herum schließt, beginnt das eigentliche Zusammendrücken des Druckmediums. Die Hydraulikeinheit 10 führt der Primärzelle 1 nunmehr zusätzliches Hydrauliköl zu. Dadurch kommt es zu einem Druckanstieg in der Druckkammer, der in der Primärzelle genauso groß ist wie in der Sekundärzelle. Der Druck in der Druckkammer ist im Wesentlichen isostatisch bzw. hydrostatisch. Das heißt, an jedem Punkt in der Druckkammer herrscht ein Druck, der im Wesentlichen in allen Richtungen des Raums gleich ist. Der Druck des Arbeitsfluids wird auf das Druckmedium 8 übertragen, das ihn seinerseits auf alle Seiten der Holzelemente 5a, 5b, 5c überträgt. Bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung können Holzelemente mit Drücken von bis zu 15000 bar druckbehandelt werden. In Versuchen hat sich herausgestellt, dass Drücke zwischen 1000 und 5000 bar zu einem interessanten Ergebnis führen. Normale Drücke, so beispielsweise bei der Behandlung von Kiefernholz, liegen jedoch zwischen 800 und 1500 bar, insbesondere zwischen 1000 und 1200 bar.
• Fig. 1 zeigt die Vorrichtung mit Holzelementen, wenn maximaler Druck in der Druckkammer 1 herrscht. Während der Druckbehandlung werden alle Holzelemente permanent verdichtet, wobei es dabei zu einer Zunahme der Dichte und der Härte kommt. Die unterschiedlichen Holzelemente reagieren jedoch je nach ihrer Position und Einbettung leicht unterschiedlich. Das erste Holzelement 5a wird leicht uneinheitlich verdichtet. Je nach der Reibung zwischen der Führungsfläche 6a und der unteren Kontaktfläche des Elementes wird der obere Teil des Querschnitts stärker verdichtet als der Teil, der mit der Führungsfläche 6a in Kontakt kommt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Reibung verhingert, dass sich das Material der unteren Fläche des Elementes auf die Mitte der Unterseite zu bewegt. Indem die Reibung zwischen der Führungsfläche und dem Holzelement verringert wird, kann der Grad der Uneinheitlichkeit der Verdichtung verringert werden. Die Reibung kann beispielsweise verringert werden, indem eine reibungsmindernde Schicht, z. B. aus Polymeren, wie Teflon, auf die Führungsfläche 6a aufgetragen wird, oder mit flüssigen Schmiermitteln, wie beispielsweise verschiedenen Ölen.
• Es ist auch möglich, die Reibung zu beeinflussen, wenn die Führungsfläche aus einem stark polierten Material besteht oder das Holzelement reibungsmindernder Behandlung unterzogen wird.
• Auch das zweite Holzelement 5b erfährt während der Druckbehandlung eine dauerhafte Verdichtung. Darüber hinaus dringt dieses Element nach unten in die Profilaussparungen ein, die in der Führungsfläche 6b dieses Elementes vorhanden sind. Dies bewirkt, dass das Holzelement 5b geprägt wird und ein bestimmtes Profil erhält, wobei das Material gleichzeitig gehärtet wird. Diese Prägung wird geeigneterweise eingesetzt, wenn Formleisten, Täfelungen, und Sockelleisten geformt werden. Das Prägen führt zu erheblichen finanziellen und Zeiteinsparungen, da ein anschließendes Fräsen bzw. Hobeln nicht erforderlich sind. Auch bei diesem Element kann die Reibfläche mit einer reibungsverringernden Schicht versehen sein, um das Ergebnis des Formens zu verbessern. Das dritte Element 5c ist bei der Druckbehandlung vollständig von dem Druckmedium 8 umgeben. Das Element wird im Wesentlichen einheitlich verdichtet, so dass seine Querschnittsfläche verringert wird, wobei jedoch das Verhältnis zwischen den Seiten des Querschnitt; aufrechterhalten wird. Indem Druckmedien mit unterschiedlicher Viskosität und innerer Reibung ausgewählt werden, kann die Höhe des isostatischen Drucks gesteuert werden und damit die Einheitlichkeit der Verdichtung beeinflusst werden. Verschiedene Druckmedien mitunterschiedlicher Viskosität und innerer Reibung werden dann auf verschiedenen Seiten des Holzelementes angeordnet.
• Es ist anzumerken, dass die Figur eine Vorrichtung gemäß der Erfindung lediglich schematisch zeigt. In der Praxis werden unterschiedliche Arten von Führungsflächen und Einbettungen selten gemischt.
• Wenn der Behandlungsdruck erreicht ist und über eine bestimmte Verweilzeit aufrechterhalten wurde, wird der Druck auf die Holzelemente abgelassen. Die Verweilzeit kann zwischen einem oder wenigen Zehnteln einer Sekunde und einigen Minuten liegen. Normalerweise reicht eine Verweilzeit von 0,1-10 Sekunden aus. Beim Druckablassen wird das Arbeitsfluid aus der Primärzelle 1a der Druckkammer 1 abgeleitet. Um zu vermeiden, dass ein Vakuum in der Sekundärzelle 1b entsteht, werden die Ventile 11a wieder geöffnet, so dass Luft aus der Umgebung einströmen kann. Wenn eine ausreichend geringe Menge des Arbeitsfluids über der Membran vorhanden ist, können der obere und der untere Teil der Druckkammer getrennt werden und die fertigen Holzelemente können freigelegt und aus der Vorrichtung herausgehoben werden.
• Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Vorrichtung umfasst eine zylindrische Druckkammer 1. Sie ist von einem zylindrischen Element 12 umgeben, das an jedem Ende mit einem Abschlusselement (nicht dargestellt) verschlossen ist. Die Druckkammer 1 kann geöffnet werden, indem eines oder beide der Abschlusselamente entfernt werden. Die Druckkammer steht über ein Druckrohr 9 mit einer Druckerzeugungseinheit 10 in Verbindung. Des Weiteren ist ein Absaugventil 11a in dem Abschlusselement 12 angeordnet. In der Druckkammer 1 sind zwei steife Führungsflächen 6 übereinander angeordnet. Diese Führungsflächen tragen jeweils zwei Holzelemente 5. Die Holzelemente 5 bestehen aus länglichen Brettern mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Des Weiteren ist jedes Holzelement von einer enganliegenden Umhüllung 13 umgeben. Die Umhüllung 13 hat beispielsweise die Form eines Kunststoffsacks, der vor dem Einlegen der Elemente in die Druckkammer 1 auf die Elemente aufgepasst und durch Schweißen verschlossen wird. In dem Fall, in dem ein bestimmtes Eindringen eines Gases oder einer Flüssigkeit in das Holz gewünscht wird, wird die Umhüllung mit einer entsprechenden Menge an Gas oder Flüssigkeit gefüllt, bevor sie verschlossen wird.
• Die Elemente 5 werden über das geöffnete Abschlusselement in die Druckkammer 1 eingeführt, wenn kein Druckmedium in der Druckkammer 1 vorhanden ist. Nachdem die Druckkammer 1 verschlossen wurde, wird ein Druckmedium 14 aus der Einheit 10 und über das Druckrohr 9 in die Druckkammer eingepumpt. Dieses Druckmedium besteht aus einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Hydrauliköl oder Wasser. Als Alternative dazu kann die Flüssigkeit durch ein Gas ersetzt werden. Während das Druckmedium in die Druckkammer 1 gepumpt wird, ist das Ventil 11a zum Absaugen von Luft geöffnet. Fig. 2 zeigt die Vorrichtung, wenn das Druckmedium eingepumpt wird. Wenn das Medium die Druckkammer 1 füllt, wird das Ventil 11a geschlossen, wobei es anschließend zum Druckanstieg mit Hilfe der Einheit 10 kommt. Während der Druckbehandlung ist das Holz, wenn sich die Holzelemente 5 unter der Flüssigkeitsoberfläche befinden, durch die enganliegende Umhüllung 13 vor Kontakt mit der Flüssigkeit geschützt. Auf die gleiche Weise wie bei dem oben beschriebenen Beispiel kann die Einheitlichkeit der Verdichtung der Elemente beeinflusst werden, indem die Reibung zwischen den Holzelementen 5 und den Führungsflächen 6 beeinflusst wird. So können die enganliegenden Umhüllungen 13 aus einem Material mit vorteilhaften reibungsmindernden Eigenschaften bestehen.
• Die Druckbehandlung wird mit im Wesentlichen den gleichen Drücken und Verweilzeiten ausgeführt, wie sie oben erwähnt sind. Wenn die Verweilzeit erreicht ist, wird der Druck auf das Druckmedium 14 und die Holzelemente 5 abgelassen. Wenn der Druck ausreichend gefallen ist, wird das Ventil 11a geöffnet, um das Entstehen des Vakuums zu verhindern, wenn das Druckmedium abgepumpt wird. Wenn kein Druckmedium mehr in der Druckkammer ist, wird die Kammer geöffnet, und anschließend werden die fertigen Holzelemente aus der Druckkammer entnommen und von ihren Umhüllungen 13 befreit. Die Erfindung ist natürlich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungen beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche abgewandelt werden.
• So kann das Druckmedium, das den Druck auf die Holzelemente überträgt, beispielsweise aus einer Membran bestehen. Diese Ausführung bedeutet, dass das Druckmedium (8), das in Fig. 1 in Form einer Vielzahl von Gummielementen dargestellt ist, weggelassen wird. In diesem Fall wird der Druck von der Hydraulikeinheit über das Arbeitsfluid und die Membran direkt auf die Holzelemente übertragen. Die Membran hat dann eine derartige Elastizität, dass sie bei der Druckbehandlung mehrere Seiten der Holzelemente umschließen und in engem Kontakt mit ihnen sein kann.

Claims (9)

1. Vorrichtung für die Druckbehandlung von Holz, die einen Behandlungsraum in Form einer Druckkammer (1) umfasst, die während der Druckbehandlung ein oder mehrere Holzelemente (5, 5a, 5b, 5c) und ein Druckmedium (8, 14) aufnimmt, das den Druck auf die Holzelemente auf einer oder mehreren Seiten überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer zumindest vor dem Druckanstieg darüber hinaus ein Sekundärmedium in Form eines Fluids sowie Einrichtungen (11a, 11b, 13) zum Steuern der Menge an Sekundärmedium aufnimmt, das bei der Druckbehandlung in das Holz eindringt, wobei die Einrichtungen ein oder mehrere Ventile (11a) zum Absaugen des Sekundärmediums aus der Druckkammer (1) umfassen, so dass eine Menge des Sekundärmediums, die in das Holz eindringen soll, bestimmt wird, indem eine entsprechende Menge an Sekundärmedium durch Schließen der Ventile während der Druckbehandlung in der Druckkammer eingeschlossen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Steuern des Eindringens des Sekundärmediums eine Umhüllung (11b) umfassen, die jedes Holzelement umschließt und für das Sekundärmedium undurchlässig ist, so dass die Menge an Sekundärfluid, das in das Holz eindringen soll, bestimmt wird, indem eine entsprechende Menge an Sekundärmedium vor der Druckbehandlung in der Umhüllung eingeschlossen wird.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium (8, 14) die Holzelemente (5c) auf allen Seiten umschließt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-2, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Führungsflächen (6, 6a, 6b), mit denen die Holzelemente (5, 5a, 5b) während der Behandlung in Kontakt kommen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Führungsflächen (6, 6a, 6b) eine oder mehrere die Reibung verändernde Schichten aufgetragen sind, die die Reibung zwischen den Holzelementen und der entsprechenden Führungsfläche verringern bzw. verstärken.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium (8) aus einem flexiblen Medium, vorzugsweise Gummi, besteht, das in der Hochdruckkammer durch eine Membran (4) von einem Arbeitsfluid getrennt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium aus einer Flüssigkeit (14) besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so ausgeführt ist, dass die Druckbehandlung bei Temperaturen zwischen 0 und 50ºC, vorzugsweise zwischen 10 und 40ºC, ausgeführt wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so ausgeführt ist, dass die Druckbehandlung bei Drücken zwischen 500 und 500() bar, vorzugsweise zwischen 800 und 1500 bar, ausgeführt wird.