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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tränken von
frischem oder nassem Holz, insbesondere von zumindest an seiner
Oberfläche eine
Holzfeuchte von mindestens sechzig Prozent aufweisendem Holz, mit
mindestens einem insbesondere kohlenwasserstoffhaltigen Tränkmittel,
zum Beispiel mit Paraffin und/oder mit Wachs.
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Stand der Technik
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Es
ist bekannt, Holz mit Kohlenwasserstoffen, zum Beispiel mit Paraffin
oder mit Wachs, zu tränken,
um die hygroskopischen Eigenschaften des Holzes zu stabilisieren.
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So
kann das Holz in Paraffin gekocht werden oder durch Erhitzen sowie
durch Überdruck-
bzw. durch Unterdruckbehandlung mit einem kohlenwasserstoffhaltigen
Imprägniermittel
getränkt
werden. Hierbei wurde beobachtet, dass beim Tränken von nassem Holz, zum Beispiel
von Holz mit einer Holzfeuchte von 160 Prozent, eine deutlich bessere
Aufnahme des Kohlenwasserstoffs durch das Holz erzielt wird (F.
Kollmann, ”Technologie
des Holzes und der Holzwerkstoffe”, Springer-Verlag 1955, zweiter Band,
Seiten 150 bis 152).
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In
dem vorbezeichneten Dokument wird das Heiß-Kaltverfahren dargestellt.
Im Heißschritt
werden Gase ausgetrieben und im Kaltschritt erfolgt aufgrund eines
Unterdruckes die Tränkaufnahme.
Die erhöhte
Paraffinaufnahme bezieht sich speziell auf nasse Erlenhölzer, deren
leichte Tränkbarkeit
allgemein bekannt ist und keine Verallgemeinerung zulässt. Erlenholz
besitzt die Tränkbarkeitsklasse
1 nach DIN EN 350/2. Die Tränkbarkeit
beruht auf offenen Gefäßen im Erlenholz.
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Die
US 1 556 570 A beschreibt
die Tränkung grundsätzlich trockner,
leicht tränkbarer
Hölzer.
Maßgeblich
für den
Erfolg des Verfahrens ist der Einsatz von Montanwachs, das sehr
gute Fließeigenschaften aufweisen
soll. Die weiter genannten Wachse Carnaubawachs und Candelillawachs
sollen teilweise einige der Vorteile von Montanwachs aufweisen, aber
weniger gut verfügbar
sein. Montanwachs soll Fichte im Splintbereich leicht trocknen können, Kernholz
aber nur mit Schwierigkeiten. Dies sei jedoch ein Vorteil, weil
es ausreichend sei, Fichtenmasten nur im Splintbereich zu tränken. Lediglich
für den
Fall, dass das Holz nicht perfekt bzw. nicht gründlich trocken ist, wird das
Austreiben überschüssiger Feuchtigkeit
angesprochen. Hier wird entweder nur Holz mit verhältnismäßig geringer
Feuchte eingesetzt oder nur ein Teil der Feuchtigkeit ausgetrieben
angesichts der beschriebenen sehr kurzen Trockenzeit von 1 bis 4
Stunden. Wasser im Holz als notwendige Voraussetzung der Tränkung von
Kiefern- und Fichtenkernholz wird nirgendwo beschrieben. Nach den
Angaben in diesem Dokument ist Fichtenkernholz schwer zu tränken. Andererseits
soll es möglich
sein, Montanwachs in erheblichem Ausmaß in Fichtenkernholz eindringen
zu lassen. Die diesbezüglichen
Aussagen sind widersprüchlich.
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In
der
EP 1 260 331 A1 ist
die Tränkung
von Holz im heißen
Paraffinbad bei 125 bis 150°C
beschrieben. Jedoch existiert keinerlei Bezug auf die Verwendung
feuchten Holzes oder auf eine Erzeugung und Verwendung von Wasserdampf
bei der Trocknung von Holz.
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Auch
wenn zahlreiche Verfahren zum Tränken
von Holz mit Kohlenwasserstoffen bereits bekannt sind, so ist bislang
kein Verfahren bekannt, das eine völlige Durchtränkung des
gesamten Holzkörpers,
zum Beispiel eines Baumstamms, mit dem kohlenwasserstoffhaltigen
Tränkmittel
ermöglicht
und gleichzeitig in zuverlässiger
Weise die Bildung von Rissen im Holzkörper verhindert.
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Insbesondere
für die
Herstellung von Feueranzündern
wird in der Druckschrift
DE
23 61 119 A ein Verfahren beschrieben, bei dem im wesentlichen eine
Sättigung
des gesamten Holzkörpers
mit einem Erdölprodukt,
wie etwa mit Paraffin, angestrebt wird.
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Bei
diesem bekannten Verfahren wird ein Naturholz in ein Bad aus flüssigem Erdölprodukt
eingetaucht und dieses zur Verflüchtigung
der Feuchtigkeit und zur Öffnung
der Holzporen auf ausreichende Temperatur erwärmt. Anschließend wird
das Holzprodukt in Gegenwart des heißen Kohlenwasserstoffs abgekühlt. Eine
ausreichende Durchtränkung des
gesamten Holzkörpers
nach diesem Verfahren wird jedoch nur bei Hölzern mit relativ geringen
Dimensionen, zum Beispiel mit den Maßen einer Streichholzschachtel,
erreicht.
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In ähnlicher
Weise wird auch in der Druckschrift
WO 98/46403 A1 ein Verfahren zum Imprägnieren
von Holz mit einem während
des Imprägnierens
flüssigen
Imprägniermittel
beschrieben. Dieses Imprägniermittel,
das zum Beispiel aus Paraffin gebildet sein kann, wird mit Hilfe
von Druck und/oder mit Hilfe von Erwärmung, beispielsweise mit Hilfe
einer Temperatur zwischen fünfzig
Grad Celsius und 140 Grad Celsius, in das Holz eingebracht.
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Um
beim Verfahren gemäß der Druckschrift
WO 98/46403 A1 eine
ausreichende Imprägnierwirkung
zu erzielen, ist es notwendig, vor dem Imprägnierverfahren alle Gase aus
dem Holz sowie aus dem Imprägniermittel
zu entfernen, was sehr aufwändig ist.
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Ein
zweistufiges Verfahren zur Behandlung von nassem Nadel- oder Laubbaumholz
in Paraffin oder Paraffinöl
enthaltenden Bädern
bei erhöhter Temperatur
wird in der Druckschrift
DE
39 35 025 A1 beschrieben, wobei dieses Verfahren in erster
Linie zur Verminderung des Wassergehalts und zur Konservierung des
Holzes dient.
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Gemäß diesem
bekannten Verfahren wird das Holz in einer ersten Stufe bei achtzig
Grad Celsius bis 180 Grad Celsius in einem Bad aus Paraffin und/oder
Paraffinöl
und/oder Siliziumdioxid zehn bis fünfzig Minuten lang behandelt,
in einer zweiten Stufe in einem Bad aus Paraffin und Harnstoff-Formaldehydharz
bei sechzig Grad Celsius bis einhundert Grad Celsius zehn bis 150
Minuten lang behandelt und anschließend bei Raumtemperatur 24
bis 48 Stunden lang gelagert.
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Die
Lagerung der imprägnierten
Hölzer
bei Raumtemperatur bedingt jedoch, dass die Oberfläche der
Hölzer
relativ schnell abkühlt,
was zu Rissbildungen führt.
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Ein
Verfahren der eingangs genannten Art ist zur Behandlung von Holz,
wie Färben
oder Schutzbehandlung gegen Feuchtigkeit, gegen Fäulnis und/oder
gegen Bläue,
in der Druckschrift
DE
30 43 659 A1 offenbart.
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Bei
diesem bekannten Verfahren wird unbehandeltes, das heißt nicht
imprägniertes
und ungetrocknetes (sogenanntes grünes) Holz oder mit Wasser behandeltes
Holz, das an seiner Holzoberfläche einen
Feuchtegehalt oberhalb des Fasersättigungspunktes aufweist, vorzugsweise
unter Vakuum in heißem Öl behandelt
(als Fasersättigungspunkt
wird der Feuchtezustand des Holzes bezeichnet, bei dem die Zellwände mit
gebundenem Wasser gesättigt
sind, die Zellhohlräume jedoch
kein freies Wasser enthalten; der Fasersättigungspunkt schwankt je nach Holzart,
Standort und Lage im Stamm zwischen etwa 22 Prozent und 35 Prozent).
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Das Öl kann Farben,
zum Beispiel Pigmente, Fäulnis-
und/oder Blaufäulemittel,
Wachse und/oder andere Schutzmittel enthalten. Gemäß der Druckschrift
DE 30 43 659 A1 wird
das Imprägnierverfahren
solange durchgeführt,
bis das Feuchtigkeitsverhältnis
auf zwanzig Prozent oder darunter herabgesetzt ist.
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Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile:
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Ausgehend
von den vorstehend dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten
sowie unter Würdigung
des umrissenen Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so
weiterzuentwickeln, dass eine völlige
Durchtränkung
eines Holzkörpers
beliebiger Dimension, zum Beispiel eines Baumstamms, mit insbesondere
kohlenwasserstoffhaltigem Tränkmittel
ermöglicht
und gleichzeitig in zuverlässiger
Weise die Bildung von Rissen im Holzkörper verhindert wird.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Lehre
der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren mit den in Anspruch
1 genannten Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der vorliegenden
Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum völligen
Durchtränken
von feuchtem Holz der Kiefer oder Fichte beliebiger Dimension mit
einer Holzfeuchte von mindestens 30% mit mindestens einem Paraffin
und/oder Wachsmittel wird das feuchte Holz in das geschmolzene Tränkmittel
eingetaucht und einer Temperatur des Tränkmittels im Bereich von 110°C bis < 140°C ausgesetzt,
so dass das Wasser in Form von Wasserdampf aus dem Holz austritt
und das Holz sowohl im Splintholz als auch im Kernholz durch das
Tränkmittel
getränkt
wird, wobei im behandelten Holz die Holzfeuchte auf 20% oder weniger herabgesetzt
wird und das Holz nach erfolgter Tränkung in heißem Zustand
aus dem Tränkmittel
entnommen wird.
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Bei
dem Verfahren wird Holz in Paraffin und/oder Wachs getränkt und
einer Temperaturbehandlung unterworfen. Durch die Hitzeeinwirkung wird
aus dem für
den Prozess erforderlichen Wasser im Holz Wasserdampf erzeugt. Dieser
plastifiziert verklebte Tüpfel
des Kernholzes und öffnet
diese durch sein Abströmen.
Hierdurch wird eine Wegsamkeit von zuvor schwer tränkbaren
Hölzern
(Kiefer- und Fichtenkernholz) erreicht. Der aus dem Holz austretende
Wasserdampf wird durch das Tränkmittel
ersetzt. Überraschenderweise
sind durch diesen Prozess Hölzer
beliebiger Dimension völlig
bzw. kerntief mit Paraffin und/oder Wachs durchtränkbar.
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Die
Temperaturbehandlung wird durch Entnahme des Holzes aus dem Tränkmittel
beendet, wenn die Holzfeuchte auf einen Restfeuchtegehalt von höchstens
20% herabgesetzt und das Holz sowohl im Splintholz als auch im Kernholz
mit dem Tränkmittel
durchtränkt
ist.
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Die
vorteilhaften Wirkungen dieser Tiefenimprägnierung sind:
- a) Die Erhöhung
der Dauerhaftigkeit des Holzes gegen (Mikro)Organismen,
- b) die Dimensionsstabilisierung des Holzes durch stark verzögerte Wasseraufnahme
und -abgabe,
- c) die Verbesserung der Festigkeitseigenschaften und
- d) die Trocknung des Holzes auf sehr niedrige Feuchtegehalte.
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Erfindungsgemäß weist
das zu behandelnde Holz zumindest an seiner Oberfläche eine
Holzfeuchte von mindestens sechzig Prozent auf. Der Holzfeuchtegehalt
(Kurzzeichen: u) ist definiert als das Verhältnis der Masse des Wassers
in einem gegebenen Stück
Holz zur Masse des vollständig
getrockneten Holzes. Dieses Verhältnis
wird als prozentuale Holzfeuchte angegeben.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt nun die Idee zugrunde, frisches, feuchtes
Holz zu tränken
oder zu tauchen und dabei das im Holz vorhandene Wasser durch Imprägniermittel
zu ersetzen.
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Hierdurch
soll das Holz dauerhaft vor Fäulnisprozessen
und vor Verwitterung geschützt
werden. Es ist deshalb erforderlich, für die erfindungsgemäße Holzbehandlung
frisch geschlagenes Holz oder nach seinem Einschlag nass gelagertes
bzw. bewässertes
Holz zu verwenden.
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Erfindungsgemäß ist mittels
des Tränkens des
Holzes die Holzfeuchte auf zwanzig Prozent oder weniger herabsetzbar,
so dass das Holz durch die erfindungsgemäße Behandlung getrocknet wird.
Beim behandelten Holz kann daher ein Befall mit holzabbauenden oder
holzzersetzenden Pilzen, mit Ausnahme des zur Wasserleitung befähigten Hallimasches,
ausgeschlossen werden.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Trocknen des Holzes liegt
darin, dass ein Schwinden des behandelten Holzes zuverlässig verhindert
wird.
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Eine
Holzbehandlungsanlage zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
weist mindestens einen insbesondere korrosionsfreien, insbesondere
thermostabilen und/oder insbesondere druckfesten Behälter zur
Aufnahme des zu tränkenden
Holzes sowie des Tränkmittels
auf.
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Mittels
einer derartigen temperaturgesteuerten und ggfs. druckgesteuerten
Vorrichtung in Form eines Behälters
wird eine kerntiefe Holzbehandlung ermöglicht. Durch diesen korrosionsfreien
Behälter kann
in zuverlässiger
Weise verhindert werden, dass die Oberfläche des getränkten Holzes
oder der getauchten (Probe-)Körper
durch vom Wannenstahl ausgeschiedenes Eisenoxid sehr stark nachdunkelt (nachstehend
wird das Holz oder der Holzkörper
gelegentlich auch als Körper
oder Probekörper
bezeichnet).
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Bei
Verwendung eines nicht korrosionsfreien Behälters nimmt zwar das Nachdunkeln
mit steigender Anzahl der Tränkdurchläufe oder
der Versuche etwas ab, denn ein Teil des Eisenoxids wird bereits mit
den schon getränkten
oder getauchten Hölzern ausgetragen;
jedoch stellt dieses Nachdunkeln der Oberfläche eine optische Beeinträchtigung
der getränkten
bzw. getauchten Hölzer
dar.
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Um
ein derartiges Nachdunkeln der Oberfläche und damit eine optische
Beeinträchtigung
zu verhindern, kann bei Verwendung eines nicht korrosionsfreien
Behälters,
dieser vor Inbetriebnahme gründlich
gereinigt und entfettet werden. Gleichwohl besteht bei Verwendung
eines nicht korrosionsfreien Behälters
aufgrund der ständigen
Korrosion zwischen Wasserdampf und Stahl weiter die Gefahr von Eisenoxideintrag
in das Holz.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Holzbehandlungsanlage,
insbesondere die Versuchsanlage, eine zum Beispiel emaillebeschichtete
Elektrowanne mit mindestens einem insbesondere korrosionsfreien,
insbesondere thermostabilen und/oder insbesondere druckfesten Deckel,
zum Beispiel aus rostfreiem Edelstahl, auf, um den Behälter insbesondere
luftdicht verschließen
zu können.
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Bei
einer derartigen Ausgestaltung ist ein Eintrag von Eisenoxid in
das Holz nicht feststellbar. Die Verwendung einer emaillebeschichteten
Elektrowanne bietet den Vorteil, dass das getränkte Holz, zum Beispiel der
in der Elektrowanne getauchte Probekörper, nach dem Tauchen eine
optisch ansprechende leichte Bräunung
bzw. eine leichte Verstärkung
des eigenen bräunlichen
Farbtons aufweist.
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Im
Rahmen der Entwicklung der Holzbehandlungsanlage hat sich gezeigt,
dass Wannen und Deckel aus unbehandelten Stahlblechen aufgrund der
Korrosion weniger geeignet sind. Nicht korrosionsbeständige Stähle können vorteilhafterweise
mit einem mechanisch beanspruchbaren und temperaturstabilen Oberflächenschutz
versehen werden. Da solch ein Oberflächenschutz hinsichtlich seiner
Dauerhaftigkeit in der Regel begrenzt ist und regelmäßige Nacharbeiten
erfordert, ist die Verwendung von korrosionsbeständigen Stählen zu empfehlen.
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Die
Holzbehandlungsanlage weist des Weiteren mindestens eine, insbesondere
im Boden des Behälters
angeordnete Heizeinheit sowie mindestens eine Pumpeinheit, insbesondere
mindestens eine Umwälzpumpe,
zur kontinuierlichen Bewegung des Tränkmittels auf. Vorteilhafterweise
kann also das Tränkmittel
oder das Imprägniermittel
durch mindestens eine Strömungspumpe
bewegt werden, so dass eine gleichmäßige Umspülung des Holzes erfolgt.
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Im
Rahmen der Entwicklung der Holzbehandlungsanlage sind auch Untersuchungen
zur effektiven Beheizung maßgeblich.
Zwar besteht die grundsätzliche
Möglichkeit,
eine Ölheizung
einzusetzen, jedoch ist es nicht selbstverständlich, die Imprägniermittelfüllung der
Tauchwanne mit der Kesselheizung in Übereinstimmung zu bringen.
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Die
Möglichkeit
einer Undichtigkeit kann theoretisch zu Gefährdungen führen und damit dem Sicherheitsstandard
der Gesamtanlage nicht entsprechen. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung ist somit die Heizeinheit als Elektroheizung
ausgebildet.
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Um
eine optimale Strömung
des Tränkmittels,
insbesondere des flüssigen
Imprägniermittels, im
Behälter
und somit eine gleichmäßige Verteilung der
eingebrachten Wärme
zu erreichen, wird während
des Betriebs der Holzbehandlungsanlage vorteilhafterweise eine Umwälzpumpe
eingesetzt.
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Durch
Umwälzen
des Tränkmittels,
insbesondere der Menge des zugeführten
Tränkmittels oder
der Menge des zugeführten
Imprägniermittels, während der
Behandlung der eingetauchten Holzarten und -geometrien kann in zuverlässiger Weise
verhindert werden, dass sich Wärmenester
und/oder Wärmestaus
einstellen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Holzbehandlungsanlage
- – mindestens
eine, insbesondere beheizbare, Abtropfvorrichtung zum Lagern des
mit dem Tränkmittel
behandelten Holzes und/oder
- – mindestens
eine Haltevorrichtung
- – zum
Eintauchen des Holzes in den Behälter und/oder
- – zum
Entnehmen des Holzes aus dem Behälter und/oder
- – zum
Auffangen des vom behandelten Holz abtropfenden Tränkmittels
auf.
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Unabhängig hiervon
oder in Verbindung hiermit weist die Holzbehandlungsanlage zweckmäßigerweise
mindestens eine zweite Pumpeinheit auf, insbesondere mindestens
eine Vakuum- oder Druckpumpe, zum Aufbauen von Unterdruck und/oder
von Überdruck
im Behälter.
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In
erfindungswesentlicher Weise kann eine Tränkung des Holzes, insbesondere
eine Imprägnierung
des Holzes, unter Überdruck-
und/oder unter Unterdruckverhältnissen
eine Beschleunigung oder Unterstützung
beim Ausbringen der Feuchte aus dem Holz unter definierten Temperaturverhältnissen herbeiführen.
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Allerdings
sind Überdruckverhältnisse und/oder
Unterdruckverhältnisse
nicht unbedingt erforderlich, um die Feuchte aus dem Holz zu treiben. Das
Aufbringen von Druck kann die Durchlaufmenge für das zu behandelnde Holz erhöhen.
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Durch
das Behandlungsverfahren mittels des Tränkmittels in der Behälteranlage
zur dauerhaften Nutzung von Holz ist eine dauerhafte, ökologisch unbedenkliche
Holzimprägnierung
insbesondere für extreme
klimatische Bedingungen und/oder insbesondere für extreme mechanische Bedingungen
gewährleistet.
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Dem
Tränkmittel
kann
- – mindestens
ein Brandschutzmittel und/oder
- – mindestens
ein Farbstoff und/oder
- – mindestens
ein Fließmittel
und/oder
- – mindestens
ein Holzschutzmittel, insbesondere mindestens ein Imprägniermittel,
zum Beispiel mindestens ein Fungizid und/oder mindestens ein Insektizid,
und/oder
- – mindestens
eine Mischung dieser Substanzen
zugesetzt werden.
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Vorzugsweise
kann das Brandschutzmittel gleichzeitig Fließmittel sein.
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Das
Tränkmittel
weist
- – während des
Tränkens,
insbesondere bei einer Temperatur oberhalb der Raumtemperatur, zum Beispiel
bei achtzig Grad Celsius, eine flüssige Konsistenz und
- – nach
Abschluss des Tränkens,
insbesondere bei Raumtemperatur, zum Beispiel bei zwanzig Grad Celsius,
eine feste Konsistenz
auf.
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Das
Verfahren zur Imprägnierung
von Holz beruht im Wesentlichen darauf, dass frisch geschlagenes,
noch feuchtes Holz in mindestens einem druckfesten Behälter von
mindestens einem Imprägniermittel,
aufweisend mindestens ein Paraffin, umspült wird.
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Mithin
wird das frisch geschlagene Holz sofort bzw. unmittelbar einer druckfesten
Behälteranlage
(= Vorrichtung, insbesondere Behälter),
die mit dem Imprägniermittel
gefüllt
ist, zugeführt.
Hierbei wird das Holz unterschiedlicher Feuchte und/oder unterschiedlicher
Struktur bis in den Kern des Holzes bei gleichzeitiger Verdrängung der
Feuchte in dieser Behälteranlage
behandelt.
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Das
Imprägniermittel
verbindet sich sofort bzw. unmittelbar mit dem Holz, wodurch eine
hohe mechanische Belastbarkeit des Holzes nach der Behandlung in
der Behälteranlage
entsteht. Die Imprägnierung
des Holzes gemäß dem vorliegenden
Verfahren hat zur Folge, dass Insekten und Schädlinge im Holz keinen Lebensraum
mehr finden.
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Die
Behandlung des Holzes erfolgt unter erhöhter Temperatur. Hierfür kann der
Behälter
beheizt werden. Die Temperatur kann zweckmäßigerweise gemessen und/oder
gesteuert werden. Die Beheizung erfolgt vorteilhafterweise vom Boden
des Behälters
aus.
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Die
Behandlung des Holzes kann zweckmäßigerweise unter vorgeschriebenem
Unterdruck und/oder unter vorgeschriebenem Überdruck erfolgen, das heißt, im Behälter kann Überdruck
und/oder Unterdruck herrschen. Der Überdruck bzw. Unterdruck kann
vorteilhafterweise gemessen und/oder gesteuert werden.
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Die
Zuführung
des insbesondere frisch geschlagenen Holzes ist vorteilhaft, denn
der Unterdruck ermöglicht
das Nachdrängen
des Imprägniermittels.
Die Zellen sind beim nassen oder frisch geschlagenen Holz mit Feuchtigkeit
besetzt und werden vor dem Schrumpfen des Holzes im einsetzenden
Trocknungsprozess mit dem Imprägniermittel gefüllt.
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Das
Imprägnieren
erfolgt bis in den Kern des Holzes, indem die Feuchte durch das
Imprägniermittel
aus den Zellen verdrängt
wird. Das zum Beispiel Paraffin sowie zum Beispiel mindestens ein
Fließmittel
aufweisende Imprägniermittel
kann derart zusammengesetzt sein, dass das Eindringen der Imprägnierlösung bzw.
des Imprägniermittels
im frisch geschlagenen Holz zweckmäßigerweise bis zur im wesentlichen
absoluten Entfeuchtung realisiert werden kann.
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Im
Detail lässt
sich die vorliegende Erfindung wie folgt beschreiben:
Der Grundgedanke
besteht darin, Kiefer oder Fichte mit einem neuen Verfahren zu behandeln,
um einen dauerhaften Einsatz zu erreichen; insbesondere ist das
Verfahren derart ausgelegt, dass behandelte Holzgeometrien klimatisch
und/oder mechanisch eine längere
Haltbarkeit aufweisen und/oder für
neue Verwendungsmöglichkeiten
geeignet sind, das heißt unterschiedlich
eingesetzt werden können.
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Ausgehend
vom eingangs dargelegten Stand der Technik ist neuartig, dass die
erfindungsgemäße Behandlung
der jeweiligen Holzart derart gewählt ist, dass
- – die
Imprägnierung
den Kern des Holzes erreicht,
- – die
Feuchte verdrängt
wird,
- – frisch
geschlagenes Holz eingesetzt werden kann und
- – die
Reaktionen des Holzes in einer Großanlage untersucht werden.
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Im
Hinblick auf die Entwicklung der Anlagentechnik weist die Holzbehandlungsanlage
in einer vorteilhaften Ausgestaltung mindestens einen Behälter auf.
Ein derartiger Behälter
bzw. eine derartige Wanne bietet den Vorteil der Einsetzbarkeit
für Kiefer und
Fichte mit maximalen Abmessungen.
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Unabhängig hiervon
oder in Verbindung hiermit kann ein Drittel des Behälters bzw.
der Wanne abgeteilt und separat beheizt werden. Vorteilhafterweise
weist der Behälter
mindestens einen Deckel auf, insbesondere mit Sichtfenster.
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Die
Beheizung der Anlage erfolgt zweckmäßigerweise über mindestens einen mit Flüssiggas
betriebenen Dampferzeuger. Der Dampf heizt in diesem Falle die Heizplatten
des Bodens des Behälters
bzw. der Wanne auf.
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Bei
der Heizanlage kann die Dampfvorlaufleitung über mindestens einen Schieber
mit Stellmotor geregelt werden, wobei der Stellmotor über mindestens
einen Temperaturfühler
in der Wanne elektronisch ansteuerbar ist. Dadurch kann eine Temperaturregelung
des Tauchbads mit ±1
Grad Celsius erreicht werden.
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Vorteilhafterweise
verfügt
die Holzbehandlungsanlage über
mindestens einen Leistungsabnahmeregler, so dass bei Betrieb der
Anlage der Dampferzeuger
- – nicht unabhängig von
der im Behälter
bzw. in der Wanne benötigten
Temperatur und/oder
- – nicht
unabhängig
von der jeweiligen Schieberstellung
immer die volle Leistung
liefert. Mittels mindestens eines Leistungsabnahmereglers kann eine
erhebliche Menge an Flüssiggas
eingespart werden, und zudem kann der tatsächliche Energiebedarf für die Heizung
des Tauchbads bestimmt werden.
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Nicht
abgenommene Leistung, zum Beispiel in Form von Dampf, kann in die
Außenluft
geblasen oder für
die Raumheizung verwendet werden.
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Zur
Beschickung der Anlage kann mindestens ein Flaschenzug, insbesondere
mit Elektromotor, zur Verfügung
stehen, der mithilfe eines Mastes mit Schwenkarm und Laufkatze über die
gesamte Wannenfläche
eingesetzt werden. An den Haken des Flaschenzugs kann zweckmäßigerweise
mindestens ein Korb, zum Beispiel aus zwei Lochblechen von je einem
Meter auf einen Meter, mit einem Abstand von 0,4 Metern zueinander
und mit jeweils sechzehn Löchern
mit einem Durchmesser von jeweils 0,15 Metern gehängt werden.
Die zu tauchenden (Probe-)Körper
werden vorteilhafterweise in die Löcher des Korbs gesteckt, der
Korb wird in die Wanne abgelassen und vom Haken gelöst, und
sodann wird der Deckel geschlossen.
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Nach
Ende des Tauchvorgangs kann der Korb herausgezogen werden, und die
(Probe-)Körper
werden in eine im nicht benutzten Teil der Wanne aufgestellte Gitterbox
zum Abtropfen gelegt.
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Der
Behälter
kann als Elektrowanne, zum Beispiel mit einem Fassungsvermögen von
etwa vierzig Litern, ausgebildet sein. Dies ist aufgrund
- – der
Heizkosten,
- – der
Unterteilung des Behälters
bzw. der Wanne für
kleine Probemengen,
- – des
nicht unkomplizierten Handlings der Anlage mit Deckel sowie
- – der
Abdichtung für
das Anlegen von Überdruck und/oder
von Unterdruck
vorteilhaft.
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Zweckmäßigerweise
ist der Behälter
auf Temperaturen bis etwa 250 Grad Celsius aufheizbar bzw. ermöglicht Temperaturen
bis etwa 250 Grad Celsius.
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Auf
den Behälter
ist vorteilhafterweise ein Deckel, zum Beispiel aus Edelstahlblech,
insbesondere mit Absaugstutzen zum Anlegen von Überdruck und/oder von Unterdruck,
montiert.
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Vorteilhafterweise
weist der Behälter
eine automatische Temperaturregelung auf, denn bei manueller Temperaturregelung
kann eine große
Reaktionsträgheit
der Elektroheizung zu erheblichen Schwankungen der Tauchbadtemperatur
von bis zu etwa ±20
Grad Celsius führen.
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Des
weiteren ist es vorteilhaft die Behältergröße so zu wählen, dass auch größere (Probe-)Körperquerschnitte
oder Stammquerschnitte getaucht werden können.
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Anhand
zweier Indikatoren kann festgestellt werden, ob die Imprägnierung
abgeschlossen ist:
- a) Austritt von Wasserdampf
ist nicht mehr erkennbar;
- b) Der (Probe-)Körper
schwimmt, insbesondere im Lochblechkorb, nicht mehr bzw. der Auftrieb
ist so gering, dass der Körper
fast bündig
mit der Oberfläche
des Tauchbads abschließt
bzw. eine Ecke des Körpers
aus dem Tauchbad ragt.
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Das
sicherste Zeichen für
eine erfolgreiche Imprägnierung
ist das Sinken des (Probe-)Körpers auf
den Boden des Behälters
bzw. der Wanne.
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Für die Technologie
der Holzbehandlungsanlage sowie des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung
können
zusammenfassend folgende Aussagen formuliert werden, die unabhängig voneinander
oder in Kombination miteinander gelten:
- – Das Tränkmittel,
insbesondere das Imprägnierungsmittel,
wird vorteilhafterweise im flüssigen Zustand
bei etwa achtzig Grad Celsius in die Holzbehandlungsanlage eingebracht.
- – Die
Wärmezufuhr
erfolgt vorzugsweise mittels Dampfheizung und/oder wird zweckmäßigerweise
geregelt.
- – Die
Regelung der Wärmezufuhr
erfolgt vorzugsweise durch mindestens eine automatische Einrichtung,
insbesondere mit Sicherheitsvorrichtungen; eine manuelle Regelung
ist ebenfalls möglich,
sollte aber ständig
beobachtet werden.
- – Ein
Abschalten der Wärmezufuhr
kann zum Stocken des Tränkmittels,
insbesondere des Imprägniermittels,
führen,
so dass vorteilhafterweise eine Sicherheitsbeheizung vorgesehen
sein kann.
- – Die
Beheizung bzw. die Wärmezufuhr
erfolgt vorzugsweise über
die Bodenplatten.
- – Mindestens
eine Umwälzpumpe
ist bei Betrieb der Anlage vorteilhafterweise eingeschaltet.
- – Das
zu tränkende
Holz, insbesondere die einzubringenden Rohholzelemente, werden vorzugsweise
gereinigt und mit den gewünschten
Abmessungen bzw. mit den gewünschten
Geometrien eingetaucht.
- – Für das Eintauchen
kann mindestens eine Haltevorrichtung oder mindestens ein Korb,
bei großen
Längen
der Rohholzelemente vorzugsweise mindestens eine entsprechende Palette
vorgesehen sein.
- – Die
Verweilzeit für
die Holzbehandlung wird vorteilhafterweise individuell in Abhängigkeit
von der Holzart und/oder von der Abmessung oder Geometrie des zu
tränkenden
Holzes vorgegeben.
- – Nach
der Imprägnierung
kann vorteilhafterweise die Haltevorrichtung, insbesondere der Eintauchkorb,
als Abtropfeinrichtung oder als Auffangwanne unter eine vorzugsweise
beheizte Abtropfvorrichtung gebracht werden. Die Auffangwanne kann
in festgelegten Zeitabständen
vom abgetropften Tränkmittel
geleert werden, und das Tränkmittel
kann in gereinigtem Zustand dem Behälter oder der Wanne wieder
zugeführt
werden.
- – Die
Abluft wird vorteilhafterweise nach außen abgeführt, wozu zweckmäßigerweise
mindestens eine Abluftanlage in Betrieb genommen werden kann. Eine
Mindestabluftmenge kann vorgesehen sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden nachstehend anhand des durch die 1 und 2 veranschaulichten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 in
schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Holzbehandlungsanlage,
mit der das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung arbeitet; und
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2 in
schematischer Darstellung den exemplarischen Ablauf des Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Gleiche
oder ähnliche
Ausgestaltungen, Elemente oder Merkmale sind in den 1 und 2 mit
identischen Bezugszeichen versehen.
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Bester Weg zur Ausführung der
Erfindung
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Eine
Holzbehandlungsanlage 100 ist in 1 in Form
einer allseitig geschlossenen, druckfesten Behälteranlage 30 mit
Deckel 32 gezeigt. Die Behälteranlage 30 ist
in Form einer Stahlwanne mit exemplarischen Außenmaßen einer Länge von 6,85 Metern, einer
Breite von 3,15 Metern und einer Höhe von 1,80 Metern ausgebildet;
die entsprechenden exemplarischen Innenmaße betragen 6,50 Meter, 2,60 Meter
und 1,50 Meter (die Baugröße der Holzbehandlungsanlage 100 kann
jedoch selbstverständlich variiert
werden).
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Die
Behälteranlage 30 weist
eine erste Pumpenanlage 50, nämlich eine Umwälzpumpe
oder Strömungspumpe,
sowie eine zweite Pumpenanlage 60, nämlich eine Vakuum-/Druckpumpe,
auf. Mittels dieser Vakuum-/Druckpumpe 60 wird eine Drucksteuerung
bewirkt, das heißt
im Wechsel ein Unterdruck oder ein Überdruck im Behälter 30 erzeugt,
mittels dessen ein Tränkmittel 20,
nämlich
ein Imprägniermittel
aus Paraffin, in frisches Holz 10, das heißt in Holz
mit einer Holzfeuchte von mindestens dreißig Prozent eingebracht wird.
-
In
der Behälteranlage 30 befindet
sich das frisch geschlagene, sogenannte waldfrische Holz 10, das
in das aus Paraffin gebildete Imprägniermittel 20 gelegt
ist. Paraffin ist eine Gruppenbezeichnung für gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe
aus Erdöl.
-
In
der Behälteranlage 30 gemäß 1 erfolgt
eine Temperatursteuerung, indem die Temperatur mit einer installierten
Heizungsanlage 34 eingestellt und mittels Sensoren 42 kontrolliert
wird. Strömungspumpen 50 sorgen
dafür,
dass das Holz 10 ständig
vom Imprägniermittel 20 umspült wird.
-
In 2 ist
beispielhaft das erfindungsgemäße Verfahren
zum Tränken
des frischen Holzes 10 mit dem kohlenwasserstoffhaltigen
Tränkmittel 20, das
heißt
mit dem Paraffin, dargestellt.
-
Zunächst wird
das Holz 10 in den Behälter 30 mit
flüssigem
Paraffin 20 eingetaucht (= Verfahrensschritt [i]). Daraufhin
wird das Holz 10 mithilfe von Druck und von Temperatur
behandelt, so dass das sich im Holz 10 befindliche, insbesondere
freie oder ungebundene Wasser in Form von Wasserdampf austritt und
durch das Imprägniermittel 20 ersetzt wird,
wodurch im behandelten Holz 10 die Holzfeuchte auf höchstens
zwanzig Prozent herabgesetzt wird.
-
Während dieses
Verfahrensschritts [ii] wird die Temperatur des Tränkmittels 20 langsam
und kontinuierlich von achtzig Grad Celsius auf 130 Grad Celsius
angehoben.
-
Nachdem
der Wasserdampf ausgetreten ist bzw. nachdem das Holz 10 auf
den Boden 34 des Behälters 30 gesunken
ist, wird das Holz 10 aus dem Behälter 30 entnommen
(= Verfahrensschritt [iii]) und auf eine beheizte Abtropfvorrichtung
gelegt (= Verfahrensschritt [iv]). Die Abtropfvorrichtung ist beheizt, um
ein schnelles Abkühlen
der Oberfläche
des Holzes 10 und eine hierdurch bedingte Rissbildung zu verhindern.
-
Das
abtropfende Tränkmittel 20 wird
aufgefangen (= Verfahrensschritt [v]), und das aufgefangene Tränkmittel 20 wird
in den Behälter 10 zurückgeführt (= Verfahrensschritt
[vi]).
-
Für ein optimales
Arbeiten der Holzbehandlungsanlage 100 gemäß 1 nach
dem Verfahren gemäß 2 sind
als Funktions- und Leistungsparameter die Tauchbadtemperatur und
die Druckverhältnisse
vorgesehen.
-
Hierbei
liegt die optimale Tauchbadtemperatur im Bereich zwischen 125 Grad
Celsius und 130 Grad Celsius (Temperaturen bis 160 Grad Celsius führen nicht
unbedingt zu einer Verbesserung hinsichtlich der Eindringdauer oder
der Eindringtiefe des Imprägniermittels).
-
Hierbei
kann die Ermittlung der optimalen Tauchbadtemperatur mit Temperaturen
ab achtzig Grad Celsius bei jeweils zehn Grad Celsius Steigerung
erfolgen. Im Temperaturbereich bis einhundert Grad Celsius kann
kein Eindringen des Imprägniermittels
im Holz festgestellt werden. Erst ab 110 Grad Celsius beginnt das
Eindringen des Imprägniermittels
in das Holz.
-
Dies
lässt sich
damit erklären,
dass relativ niedrige Temperaturen nicht ausreichen, um das im Holz
vorhandene Wasser als Wasserdampf aus dem Holz austreten zu lassen.
Je höher
die Anlagentemperatur liegt, desto stärker ist der Austritt von Wasserdampf,
der einige Sekunden nach dem Eintauchen des Holzes in die Holzbehandlungsanlage 100 zu
erkennen ist.
-
Bei
Temperaturen ab 120 Grad Celsius werden bereits einzelne Versuchsobjekte
vollständig durchtränkt. Dabei
handelt es sich vor allem um besonders feuchte, frisch geschlagene
Versuchsgegenstände
mit kleinen Querschnitten.
-
Im
Temperaturbereich zwischen 125 Grad Celsius und 130 Grad Celsius
werden in jeder Versuchsreihe bei unterschiedlichem Feuchtegehalt
der Versuchsobjekte die besten Ergebnisse erzielt.
-
Bei
Temperaturen über
130 Grad Celsius kann keine Verbesserung mehr hinsichtlich der Eindringdauer
oder des Eindringens bei niedriger Ausgangsfeuchte festgestellt
werden.
-
Was
nun die Druckverhältnisse
anbelangt, so das Eindringverhalten des Imprägniermittels auch unter Unterdruckbedingungen
beeinflusst werden.
-
Beim
Betrieb der Holzbehandlungsanlage 100 gemäß 1 können zahlreiche
Tränkmittel
eingesetzt werden, so zum Beispiel die nachfolgend im Detail erläuterten
Paraffinsorten mit den Handelsbezeichnungen
- (i) ”VivaMelt
U 64–66” oder
- (ii) ”Paraflint
C80-2”:
- (i) Die Schmelztemperatur des raffinierten Paraffins ”VivaMelt
U 64–66” liegt
zwischen 64 Grad Celsius und 66 Grad Celsius, der Ölgehalt
liegt unter einem Prozent. Dieses Paraffin ist ein Abfallprodukt
aus der Kraftstoffherstellung und weder wassergefährdend nach
der Verwaltungsvorschrift wassergefährdender Stoffe (VwVwS) noch ein
Gefahrgut gemäß den Transportvorschriften. Der
Vorteil dieses Paraffins liegt im sehr günstigen Preis von etwa 600
EUR pro Kubikmeter.
Aufgrund der relativ niedrigen Schmelztemperatur des
raffinierten Paraffins ”VivaMelt
U 64–66” kann es
bei Außenanwendungen
an sonnenexponierten und windgeschützten Stellen im Hochsommer möglicherweise
zu Ausscheidungen an imprägnierten
Bauteilen kommen. Höhere
Schmelztemperaturen sind mit raffinierten Paraffinen jedoch nicht
erreichbar.
Aufgrund des Geruchs des Öls und zur Vermeidung von Kopfschmerzen
wird empfohlen, während
des Tauchvorgangs mit dem raffinerten Paraffin ”VivaMelt U 64–66” eine Atemschutzmaske zu
tragen.
- (ii) Die Schmelztemperatur des synthetischen Paraffins ”Paraflint
C80-2” liegt
zwischen 78 Grad Celsius und 83 Grad Celsius. Dieser Temperaturbereich
entspricht der angestrebten Verwendung imprägnierter Hölzer für den Innen- und Außenbereich.
Die Vorteile
dieses synthetischen Paraffins liegen in der deutlich höheren Schmelztemperatur.
Es gibt zwar synthetische Paraffine mit weitaus höheren Schmelztemperaturen,
die jedoch für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind und
preislich erheblich über ”Paraflint
C80-2” liegen. Ein
weiterer Vorteil liegt in der Reinheit dieses synthetischen Paraffins.
Geruchsbelästigungen
während
der Verarbeitung oder Verunreinigungen bzw. Verschmutzungen aufgrund
der Imprägnierung
werden bei behandelten Hölzern nicht
festgestellt.
-
Versuche
mit Tensiden in verschiedenen Temperaturbereichen erbringen nicht
notwendigerweise eine Verbesserung des Eindringens in das Holz.
-
Um
die getauchten Hölzer
farblich verändern zu
können
und um das eingedrungene Paraffin im Holz besser sichtbar machen
zu können,
kann bei Versuchen mit Holzbeize festgestellt werden, dass diese
Holzbeize nur etwa ein bis zwei Millimeter tief in das Holz eindringt.
Eine farbliche Veränderung
der Oberfläche
des Holzes ist somit erreichbar, die Einfließtiefe und -wege des Paraffins
lassen sich damit jedoch nicht nachvollziehen.
-
Zur
Entwicklung des Holzbehandlungsverfahrens zum Tränken von Holz können Tränkversuche
mit unterschiedliche Holzfeuchten aufweisenden Hölzern durchgeführt werden.
-
Der
Feuchtegehalt der von Sägewerken
gelieferten Nadelhölzer
liegt hierbei zwischen vierzig Prozent und neunzig Prozent.
-
Die
Feuchte der frisch gefällten
Hölzer
liegt, insbesondere im Bereich des Splints, naturgemäß zwischen
160 Prozent und 195 Prozent. Hölzer,
die bereits vor einigen Jahren gefällt worden waren und noch nicht
bearbeitet sind, haben, insbesondere im Bereich des Splints, noch
Feuchtegehalte zwischen 115 Prozent und 150 Prozent.
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In
diesem Zusammenhang wird als Splint der jüngste, physiologisch aktive
Teil des Xylems verholzter Sprossachsen bezeichnet. Das Splintholz dient
der Wasserleitung sowie der Speicherung von Reservestoffen. Die
Breite des im allgemeinen hellen Splintholzes schwankt zwischen
den Arten, zwischen den Individuen und innerhalb eines Baumes. Auch die
Zahl der wasserleitenden Jahrringe variiert: mehr als zehn Jahrringe
bei Nadelhölzern.
Mit Ausnahme der Kiefer (Pinus) beschränkt sich bei Nadelhölzern die
Wasserleitung meist auf das Frühholz
(als Frühholz
wird zu Beginn der Vegetationsperiode gebildetes Holz bezeichnet;
Frühholz
weist weitlumige, relativ dünnwandige
Leitelemente auf und dient vornehmlich der Wasserversorgung des
Holzes).
-
Waldfrisches
Holz, das im Winter, also während
der Vegetationsruhe gefällt
wird, hat Feuchtegehalte zwischen vierzig Prozent und 65 Prozent.
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Bei
Tränkversuchen
wird nun festgestellt, dass vorteilhafterweise der Feuchtegehalt
des zu tränkenden
Holzes nicht weniger als siebzig Prozent beträgt, wenn gute Eindringergebnisse
für das
Imprägniermittel
erreicht werden sollen. Bei Brettware kann aufgrund des dünnen Querschnitts
der Feuchtegehalt bis auf sechzig Prozent absinken.
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Ab
einem Feuchtegehalt von neunzig Prozent bis einhundert Prozent wird
keine weitere Verbesserung im Eindringverhalten des Imprägniermittels
festgestellt.
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Bei
ausreichend hohem Feuchtegehalt werden alle getauchten Holzquerschnitte
voll durchtränkt.
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Aufgrund
der stark verringerten Feuchtigkeitsaufnahme während der Vegetationspause
im Herbst oder im Winter sowie aufgrund des ”Safteinschießens” im Frühjahr unterscheidet
sich der Feuchtegehalt des Holzes während der Vegetationsperiode
erheblich vom Feuchtegehalt des Holzes während der Vegetationspause
und kann, insbesondere im Bereich des Splints, ein Verhältnis von bis
zu 10:1 aufweisen. Holz, das während
der Vegetationspause eingeschlagen wird, eignet sich in der Regel nicht
für eine
Imprägnierung.
-
Insbesondere
ist wichtig, dass die Oberfläche
des zu imprägnierenden
Holzes eine hohe Feuchtigkeit aufweist. So eignet sich Holz, das
zu Beginn der Vegetationsperiode gefällt wird und dessen äußerer Bereich
des Stamms daher durch eine Frühholzschicht
gebildet ist (sogenanntes Xylem), wesentlich besser für die Imprägnierung
als Holz, dessen äußerer Bereich
des Stamms durch eine Spätholzschicht
gebildet wird (als Spätholz
wird zum Ende der Vegetationsperiode gebildetes Holz bezeichnet;
Spätholz
weist englumige, relativ dickwandige Leitelemente auf und dient
vornehmlich der Festigung des Holzes).
-
Im
Allgemeinen ist der Feuchtegehalte des Holzes
- – von der
Dauer der Lagerung des Holzes,
- – von
der Holzart, eventuell auch von der Holzsorte,
- – von
der Lagertemperatur,
- – von
der Länge
der Lagerzeit,
- – von
der relativen Luftfeuchte am Lagerplatz,
- – von
der Witterung und vom Niederschlag (allgemein) sowie
- – vom
Zeitpunkt, insbesondere vom Datum, des Holzeinschlags
abhängig.
-
Zur
Entwicklung des speziellen Messverfahrens werden Daten und Informationen
ermittelt, die für
das Behandeln der Holzarten relevant sind, wie etwa
- – das
Datum des Holzeinschlags,
- – Wetterdaten
und -informationen,
- – der
Tag der Anlieferung des Holzes,
- – der
Feuchtegehalt (in Prozent) des Holzes,
- – die
Holzsorte,
- – das
Holzgewicht vor der Imprägnierung
(die Ermittlung des jeweiligen Holzgewichts kann zum Beispiel mittels
einer elektronischen Waage erfolgen),
- – das
Datum und die Uhrzeit zu Beginn der Tränkung sowie zum Ende der Tränkung und
- – die
Temperatur des Imprägniermittels
vor und nach der Tränkung
(am Regler ablesbar).
-
Zur
Messung der Holzfeuchte kann zum Beispiel eine sogenannte ”Gann Hydromette
RTU 600” (Handelsbezeichnung)
mit Aktivelektrode und mit einem Messbereich von vierzig Prozent
bis zweihundert Prozent Holzfeuchte verwendet werden.
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Der
Eindringwiderstand in Holz vor und nach der Imprägnierung kann mit einem Holzprüfgerät, zum Beispiel
mit dem Modell mit der Handelsbezeichnung ”Pilodyn 6J” durchgeführt werden. Hierbei wird im
Regelfall im Zusammenhang mit der Imprägnierung keine Veränderung
des Eindringwiderstands festgestellt.
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Bei
den Nadelhölzern
stellen die Holzarten Fichte und Kiefer wirtschaftlich relevante
Baumarten eine wesentliche Zielgruppe für die Holzimprägnierung
dar.
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Zur
eigentlichen Holzbehandlung können zum
Beispiel Kanthölzer
einer exemplarischen Abmessung von 0,5 Meter × 0,08 Meter × 0,08 Meter oder
von 0,25 Meter × 0,08
Meter × 0,08
Meter oder Kiefer-Brettware einer exemplarischen Abmessung 0,5 Meter × 0,08 Meter × 0,018
Meter oder von 0,25 Meter × 0,08
Meter × 0,018
Meter verwendet bzw. getaucht werden.
-
Dabei
können
Hölzer
mit sehr unterschiedlichen Querschnittdimensionen getränkt werden;
zum Beispiel können
exemplarische Kantholzquerschnitte von 0,03 Meter × 0,04 Meter
oder von 0,14 Meter × 0,12
Meter verwendet werden.
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Weiterhin
können
auch ganze Stammquerschnitte mit Rinde frisch geschlagener Bäume bzw. von
Fällarbeiten
stammende Reste von bis zu 0,15 Meter Durchmesser in Längen von
einem Meter getaucht werden.
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Die
Feuchteverteilung im Holz schwankt zum Teil erheblich. Je feuchter
das Holz ist, desto höher sind
die lokalen Schwankungen. Diese lokalen Schwankungen können bei
sehr feuchten Hölzern
bis zu zwanzig Prozent und mehr betragen. Aufgrund dessen kann die
Feuchte des jeweiligen (Probe-)Körpers
vor der Tränkung
an drei verschiedenen Stellen gemessen und der Mittelwert in das
Tauchprotokoll eingetragen werden.
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Geerntete
Hölzer
können
zum Beispiel in Wasserwannen gelagert werden, um ein Absinken der
Feuchte unter die vorgenannten Grenzen zu verhindern. Es ist jedoch
nicht empfehlenswert frisch geschlagenes Holz (zum Beispiel abgelängte Stammquerschnitte,
kein gesägtes
Profilholz) in Wasserwannen zu lagern, denn hierdurch können bereits
am Stamm bzw. im Stamm vorhandene Pilze oder dergleichen auf andere
Hölzer übertragen
werden.
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Bei
Wasserlagerung kann festgestellt werden, dass bei Kiefernholz mit
sechzig Prozent bis siebzig Prozent Feuchte der Feuchtegehalt um
bis zu fünf
Prozent steigt. Auch bei Splintholz bzw. bei Brettware kann aufgrund
der geringen Materialstärke
zum Teil ein leichter Wiederanstieg des Feuchtegehalts beobachtet
werden.
-
Bei
Fichtenholz kann dieser Effekt nicht festgestellt werden. Während im
Splintbereich noch eine geringfügig
höhere
Feuchte nach der Wasserlagerung gemessen wird, wird im Kernbereich
der Fichte, im sogenannten Reifholz, keine Wasseraufnahme mehr festgestellt.
Diese Tatsache wird nach der Tränkung
auch optisch erkennbar, indem im Kernbereich – im Gegensatz zum durchtränkten Splintbereich – kaum Imprägniermittel
erkennbar ist.
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Im
Gegensatz zu Fichtenholz weist Kiefernholz besonders große Tüpfel, sogenannte
Fenstertüpfel,
auf. Tüpfel
sind dem Stoffaustausch zwischen benachbarten Zellen dienende, urverdickte
Partien der Zellwand. Aufgrund der Fenstertüpfel kann Kiefernholz leichter
wiederbefeuchtet sowie leichter imprägniert oder getränkt werden.
-
Trocknungsrisse,
die sich bereits vor dem Tauchvorgang im Holz zeigen können, können nach dem
Tauchvorgang verstärkt
sein.
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Die
für eine
völlige
Durchtränkung
mit dem Imprägniermittel
erforderliche Tauchzeit ist hauptsächlich von der Holzfeuchte
und von der Tauchbadtemperatur abhängig. Der Querschnitt der zu
tränkenden
Hölzer
beeinflusst ebenfalls die Tauchzeit, jedoch in wesentlich geringerem
Maße.
So ist Brettware in der Regel in Abhängigkeit vom Feuchtegehalt bereits
nach etwa acht Stunden bis etwa zwölf Stunden durchtränkt, Stammquerschnitte
ab etwa 0,12 Meter Durchmesser benötigen hingegen mindestens etwa
achtzehn Stunden.
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Die
kürzesten
Tauchzeiten werden bei Temperaturen um 130 Grad Celsius erzielt.
Erhöhungen der
Temperaturen auf bis zu 160 Grad Celsius erbringen keine (signifikante)
Verkürzung
der Tauchzeiten.
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Bei
Temperaturen zwischen 110 Grad Celsius und 120 Grad Celsius werden
bei den verwendeten Hölzern
Tauchzeiten von mehreren Wochen festgestellt.
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Hölzer, deren
Feuchte bereits auf etwa siebzig Prozent abgesunken ist, benötigen bei
optimalen Tauchtemperaturen mindestens 24 Stunden bis 48 Stunden
für eine Durchtränkung mit
Imprägniermittel. Eine
völlige
Imprägnierung
ist bei den eingesetzten Hölzern
jedoch nicht unbedingt gewährleistet.
Bei Hölzern
mit Feuchtigkeitsgehalten von achtzig Prozent bis 120 Prozent beträgt die Tauchzeit
zwischen zwölf
Stunden und achtzehn Stunden.
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Grundsätzlich kann
festgestellt werden, dass eine vollständige Imprägnierung umso sicherer erreicht
wird, je länger
die Hölzer
im Tauchbad verbleiben. Bei einer Verweilzeit von etwa zwei Monaten
im Tauchbad werden sogar Hölzer
mit Feuchtigkeitsgehalten um sechzig Prozent völlig durchtränkt. Diese Verweilzeiten
haben jedoch aufgrund der damit verbundenen Kosten einen nur reduzierten
praktischen Wert.
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Bei
den getauchten (Probe-)Körpern
werden Restfeuchtegehalte von zehn Prozent bis achtzehn Prozent
gemessen, auch bei völlig
durchtränkten Hölzern. Dieser
Restfeuchtegehalt entspricht dem von Bauholz.
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Dies
bedeutet, dass auch nach dem Tauchvorgang noch Wasser im Holz eingelagert
ist. Bei diesem restlichen Wasser handelt es sich hauptsächlich um
chemisch gebundenes Wasser, das erst bei Temperaturen um 250 Grad
Celsius aus dem Holz gelöst werden
kann.
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Die
Restfeuchte von zehn Prozent bis achtzehn Prozent bedeutet, dass
das Holz nach dem Tauchvorgang einen Feuchtegehalt wie mindestens zwei
Jahre gelagertes Bauholz besitzt, was erfindungsgemäß ein sehr
gutes Ergebnis darstellt.
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Im
Hinblick auf die Weiterbearbeitung nach dem Imprägnieren können frisch getauchte Hölzer zweckmäßigerweise
unmittelbar nach der Entnahme aus dem Becken so gelagert werden,
dass überschüssiges Paraffin
abtropfen und der Holzbehandlungsanlage wieder zugeführt werden
kann. Demzufolge wird der Holzbehandlungsanlage vorteilhafterweise
eine Ablaufvorrichtung mit Rost und mit Auffangwanne nachgeschaltet.
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Hölzer, die
bei Temperaturen um 130 Grad Celsius getaucht werden, kühlen naturgemäß schneller
ab als Hölzer,
die bei Temperaturen um 160 Grad Celsius getaucht werden. Diese
schneller abkühlenden
Hölzer
neigen stark zu Nasenbildung von ablaufendem Imprägniermittel
an der Unterseite und weisen wesentlich mehr Imprägniermittel
an der Oberfläche
auf.
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Bei
einer Verwendung derartiger Hölzer,
zum Beispiel im Außenbereich,
ist jedoch das überschüssige Imprägniermittel
von den Oberflächen
zu entfernen, denn diese Imprägnierreste
an den Oberflächen verfäben sich
bei Sonneneinstrahlung, weichen auf und bilden erneut Tropfnasen,
wodurch die Holzoberfläche
optisch sehr unattraktiv werden kann.
-
Um
derartige unerwünschte
Effekte zu vermeiden, kann in erfindungswesentlicher Weise zum Beispiel
mittels Heißluft
ein schnelles Abkühlen
der Oberflächen
der Hölzer
vermieden werden. Durch Abreiben der Hölzer nach dem Tauchen kann
Nasenbildung ebenfalls verhindert und überschüssiges Imprägniermittel entfernt werden.
Diese mechanische Nachbehandlung ist jedoch zeitaufwendig und bei
einer industriellen Nutzung nur mit hohem technischem Aufwand zu
realisieren.
-
Bei
den um 160 Grad Celsius getauchten Hölzern kann nach dem Abtropfen
und Abkühlen
keine Nasenbildung und kein überschüssiges Imprägniermittel
an den Oberflächen
festgestellt werden. Das Gewicht dieser bei 160 Grad Celsius getauchten Hölzer liegt
unter dem Gewicht der bei 130 Grad Celsius getauchten Hölzer. Die
höheren
Temperaturen bewirken offensichtlich das vollständige Ablaufen von überschüssigem Imprägniermittel.
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Mit
Tauchbadtemperaturen um 160 Grad Celsius können also die Probleme der
Nachbehandlung auf einfache Weise gelöst werden, und zwar unabhängig davon,
ob dabei nur überschüssiges Imprägniermittel
oder auch für
die Imprägnierung
der Zellwände
erforderliches Imprägniermittel
abläuft.
-
Hinsichtlich
der Witterungsbeständigkeit,
der Haltbarkeit sowie der Fäulnisbeständigkeit
imprägnierter
Hölzer
oder imprägnierter
(Probe-)Körper,
die an verschiedenen, besonders sonnenexponierten und/oder witterungsungeschützten Standorten
oder im Erdboden gelagert werden, können folgende Aussagen getroffen
werden:
- (i) Durch auf den Holzoberflächen befindliches
Imprägniermittel
werden diese Oberflächen
weislich verfärbt.
- (ii) Bei Verwendung raffinierter Paraffine werden nach starker
Sonneneinstrahlung Ölflecken
am Stand-/Lagerplatz des Holzes festgestellt.
- (iii) Bei (Probe-)Körpern,
bei denen überschüssiges Imprägniermittel
aufgrund der höheren Tauchbadtemperatur
bereits im Auffangbecken abgelaufen ist, werden bereits Anzeichen
beginnender Verwitterung festgestellt. Es ist deshalb zu prüfen, ob
dabei nur überschüssiges Imprägniermittel
oder auch für
die Imprägnierung
der Zellwände
erforderliches Imprägniermittel
abgelaufen ist und ob es sich dabei nur um eine oberste Verwitterungsschicht
(sogenannte Patina) handelt.
-
Durch
das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung sind folgende Vorteile realisiert:
- – Nachweisbar
können
bestimmte Holzarten mit dem entwickelten Imprägnier-Holzbehandlungsverfahren in die Kategorie
klimatisch und mechanisch hoch belastbar eingestuft werden.
- – Schnellwachsende
Holzarten, wie Kiefer sind besonders gut für das entwickelte Verfahren
geeignet.
- – Frisch
geschlagenes Holz der genannten Holzarten ist für das Verfahren in bevorzugter
Weise einzusetzen.
-
Verschiedene
Folgerungen der Ergebnisse gemäß der vorliegenden
Erfindung sind in vorteilhafter Weise realisierbar:
- – die
Imprägnierung
mittels Druckkessel als gesonderte Verfahrenslösung;
- – die
Mobilität
des Paraffins im Holz unter Witterungseinflüssen bei Beachtung verschiedener
Paraffinsorten;
- – die
U[ltra]V[iolett]-Beständigkeit
des Paraffins im Holz unter Witterungseinflüssen bei Beachtung verschiedener
Paraffinsorten;
- – die
Zugabe von Mitteln zur Verbesserung der UV-Beständigkeit;
- – die
Möglichkeit
und das Erfordernis eines Anstrichs von erfindungsgemäß behandeltem
oder imprägniertem
Holz, insbesondere von bei höheren
Tauchbadtemperaturen behandeltem Holz, um die Verwitterung der obersten
Schichten zu verhindern und optische Attraktivität dauerhaft zu gewährleisten;
- – die
Fungizidresistenz des erfindungsgemäß behandelten oder imprägnierten
Holzes; und/oder
- – die
Entwicklung von weiteren Methoden und/oder von weiteren Mitteln
zur Verbesserung der Fungizidresistenz unter Berücksichtigung der Umweltverträglichkeit
der entwickelten Methoden bzw. Mittel.
-
Zur
Klärung
offener Fragen werden insbesondere folgende Theorien vertreten:
- (i) Langkettige Alkanmoleküle an der unmittelbaren Holzoberfläche werden
durch die U[ltra]V[iolett]-Strahlung aufgespalten und treten aus.
Die oberste Holzschicht verwittert. Diese Verwitterungsschicht,
die sogenannte Patina, schützt
tiefer liegendes Paraffin vor U[ltra]V[iolett]-Strahlung. Dieses
sich tiefer befindliche Paraffin kann im Holz nicht mehr aufgespalten
werden. Eine Mobilität
des Paraffins in Richtung wärmerer Oberfläche findet
aufgrund des (möglichst
hohen) Schmelzpunktes nicht bzw. nur äußerst langsam statt, so dass
weiteres Paraffin nicht bzw. nur äußerst langsam ausgeschieden
wird. Der Kern des Holzes bleibt dauerhaft geschützt.
- (ii) Durch die U[ltra]V[iolett]-Strahlung entstehen Radikale,
die den Platz von Wasserstoffatomen einnehmen. Eine Aufspaltung
verbunden mit Paraffinaustritt erfolgt nicht bzw. in nur sehr begrenzter
Anzahl. Das Holz bleibt dauerhaft geschützt.
-
Die
bisherigen Erkenntnisse der eingesetzten Imprägniermittel werden unter strengster
Einhaltung der Umweltvorschriften durchgeführt und dokumentiert. Die auftretenden
Imprägniermitteldämpfe sind
umweltverträglich
sowohl in der Umgebung der Anlage als auch im sonstigen Umfeld.
Verstöße gegen
Umweltvorschriften werden nicht festgestellt.