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Verfahren zum Trocknen und Veredeln von Nutzholz Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Trocknen und Veredeln von Nutzholz. Das Ziel der Erfindung
besteht in der Schaffung eines verbesserten derartigen Verfahrens.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ungetrocknetes
Nutzholz nach Belieberi oder je nach Verwendungsgebiet zurechtgeschnitten wird,
eine angemessene Anli zahl Löcher in die Holzteile gebohrt werden-und die Holzteile
dann in-einem wassergefüllten Gefäß bei einer Temperatur zwischen loo und llo°C
über eine Zeitdauer von 30 Minuten bis zu 7 Stunden einer Dampfbehandlung unterzogen
werden wonach das Holz aus dem Gefäß genommen und für mehr als 3 Tage an der Luft
zum Trocknen gelagert wird.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in ungetrocknetes Nutzholz
mehrere Löcher gebohrt und das so bearbeitete Holz in einem mit Wasser oder einer
verdünnten Lösung von Ghemikalien gefüllten Gefäß einer Dampf-behandlung unterzogen,
so daß der Trocknungsprozeß des Holzes beschleunigt und Nachteile wie Verwerfungen,
Verformungen, Risse, Verspannungen etc. beseitigt werden können. Durch die Verwendung
einer wässrigen Lösung von Akrylatemulsion in dem Gefäß f die Dampfbehandlung können
nicht nur die erwähnten Nachteile beseitigt werden, sondern dem Holz werden zusätzlich
Verwittew rungsbeständigkeit und insektenvertilgende Eigenschaften verliehen.
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Zu den herkömmlichen künstlichen Trocknungsverfahren für Nutzholz
gehören Heißluft-, Hitze-, Vakuum-, Hochfrequenz- und chemische Trockungsverfahren.
Beim Heißluftverfahren kommt es aufgrund des Umlaufs eines Verbrennungsgases in
der Trockenkammer zu einer Verfärbung des Holzes und außerdem zu Oberflächen- und
Stirnrissen und zu einer ungleichmäßigen Trocknung. Weiterhin wird beim Heißluftverfahren
heiße Luft oder heißer Dampf von über loo°C in eine geschlossene Trockenkammer gefUhrt,
was die Beschädigung des Holzes weiter fördert, sofern nicht dafür gesorgt wird,
daß sich mit änderndem Feuchtigkeitsgehalt des Holzes auch die Temperatur und die
Feuchtigkeit im Trockenraum entsprechend ändert. Um eine Beschädigung des Holzes
durch dieses Verfahren zu verhindern, sind ein erheblicher Arbeitsaufwand und nicht
geringe Kosten erforderlich. Bei dem Vakuum-Verfahren wird das Holz in einem geschlossenen
Gefäß durch Einspritzung von Chemikalien behandElt, und zwar wird es für etwa zehn
Stunden einer Dampfbehandlung unterzogen und danach der Siedepunkt des Wassers durch
Druckverminderung gesenkt, was ein schnelles Trocknen bewirkt.
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Das Aufrechterhalten eines Vakuums durch dauerndes Dampfablassen beim
Vakuum-Verfahren ist jedoch nur für eine kurzzeitige Oberflächenverdampfung wirksam;
wenn nämlich die Feuchtigkeit von der Oberfläche des Holzteils verdampftist, fällt
dessen Temperatur, wodurch-wiederum die Verdampfung verhindert wird. Ein Vakuum
ist außerdem für die Ableitung der inneren Feuchtigkeit gegen die Holzoberfläche
hin nicht allzu wirksam.
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Dieses verfahren hat sucht nur eine geringe-Wirksamkeit, sondern vermindert
auch die Festigkeit des Holzes, weil es notwendigerweise ein nochmaliges Aufheizen
erfordert und dieser Vorgang zusammen mit der Druckverminderung innerhalb kurzer
Zeit wiederholt werden muß. Beim Hochfrequenzverfahren braucht man weniger Zeit
als bei den vorgenannten Verfahren, dabei kann aber trotzdem keine schnelle, gleichmäßige
Temperaturverteilung erzielt werden und es kommt zur Bildung feiner Haarrisse im
Holz. Darüber hinaus ist das Verfahren von der Apparatur her unwirtschaStlich, weil
der Hochfrequenz-Oszillatorapparat einen Wirksamkeitsgrad von höchstens 50 ffi erreicht;
außerdem verursachen die Gegenmaßnahmen gegen die dabei auftretenden Störungen keine
unerheblichen Kosten.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen und
Veredeln von Nutzholz, bei welchem nicht nur die Nachteile der-bereits bekannten
Verfahren weitestgehend beseitigt werden, sondern das Holz auch verwitterungsbeständig
gemacht wird.
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Die Erfindung ist kurz durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
a) Ungetrocknetes Nutzholz wird nach Belieben oder je nach Verwendungsgebiet zurechtgeschnitten,
b)
es wird mindestens ein Loch in das Holz gebohrt, c) das Holz wird in einem Gefäß,
in dem sich Wasser oder eine verdünnte Lösung von Chemikalien befindet, einer Dampfbehandlung
unterzogen, und zwar bei einer Temperatur von loo bis llo°C über eine Zeitdauer
von 30 Minuten bis zu drei Stunden, vorzugsweise jedoch 1 bis 2 Stunden, d) das
auf diese Weise behandelte Nutzholz wird dann mehr als drei Tage, vorzugsweise fünf
bis zehn Tage an der Luft getrocknet.
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Die oben beschriebenen Verfahrensschritte beschleunigen die Trocknungsgeschwindigkeit
des Holzes und verhindern viele beim Trocknen auftretenden Nachteile, wie Verwerfungen,
Risse, Verformungen, Verspannungen etc. In diesen Verfahrensschritten können aber
nicht nur die eben erwähnten Qualltätsverbesserungen des Holzes erreicht werden,
sondern es kann gleichzeitig durch insektenvertilgende und sterilisierende Effekte
verwitterungsbeständig gemaeht werden, hinzu kommt, daß eine Änderung der Farbe
aufgrund von Ausscheidungen von dunklem Purpur (scharfe ätzende Flüssigkeit) verhindert
werden kann, indem man vor dem Verfahrensschritt (c) obiger Beschreibung 0,5 bis
5 Gewichtsprozent Akrylatemulsion (lo bis 50 Gewichtsprozent der festen Substanz)
im Wasser des Gefäßes für die Dampfbehandlung auflöst.
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Diese und weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden nun anhand
von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher
beschrieben und erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung, welche das Aussehen des dabei verwendeten Holzbretts zeigt,
Fig.
2 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Holzbretts> Fig. 5
eine Vorderansicht mit teilweise weggebrochenen Teilen eines Ausführungsbeispiels
eines einfachen Gefäßes für die Dampfbehandlung, wie es in der Erfindung angewendet
wird, Fig. 4 eine Seitenansicht teilweise im Längsschnitt des Gefäßes von Fig. ),
und Fig. 5 eine Vorderansicht eines im Gefäß angebrachten Deckels aus Drahtgeflechte
Der Wassergehalt von Holz setzt sich aus freiem und gebundenem Wasser zusammen,
wobei das ungebundene Wasser in Gasbereichen wie Hohlräumen und Poren vorkommt und
das gebundene Wasser in den Zellen aufgesaugt ist. Der Trocknungsvorgang bei Holz
ist abhängig von der Oberflächenverdunstung an der Holzoberfläche und von der inneren
Dispersion des Wassers im Holz und wird durch das Wandern der Feuchtigkeit im Holz
beschleunigt. Der Koeffizient der Feuchtigkeitsdispersion im Holz nimmt im allgemeinen
proportional zur Dicke des Holzes zu. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt von Holz unter
den Fasersättigungspunkt sinkt (welcher den Zustand wiedergibt, bei dem nur das
Wasser in allen Zellzwischenräumen zu einem bestimmten Zeitpunkt herausgetrieben
wird, und bei dem die Zellen wassergesättigt sind, d.h. der Zustand, bei dem nur
das "freie" Wasser ausgestoßen wird und bei dem das ausgestoßene Wasser gegen das
gebundene Wasser eine Grenzschicht bildet, schrumpft das Holz, wobei oft Risse,
Verformungen und dgl. entstehen. Wenn das Holz schon getrocknet ist, verdunstet
die Feuchtigkeit an der Holzoberfläche zuerst, so daß unmittelbar unter der Oberflächenschicht
verhältnismäßig
schnell eine ungleichmäßige Feuchtigkeitsverteilung
auftritt, wodurch die Holzoberfläche aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung zu
Schrumpfungaerschelnungen neigt; da Jedoch das Innere noch einen hohen Feuchtigkeitsgehalt
aufweist und nicht schrumpft, entsteht in der Oberflächenschicht eine Zugbelastung,
und als Folge davon eine Druckbelastung im Inneren des Holzteils.
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Danach kehrt sich im Verlauf des Trocknungsvorgangs im Inneren des
Holzteils die Spannungsverteilung um. Demgemäß bilden sich in der ersten Hälfte
des Trocknungsvorgangs Risse an der Oberfläche und am Rand, in der zweiten Hälfte
dagegen Risse im Inneren des Holzteils.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird die bei der Dispersion der Feuchtigkeit
zurückgelegte Wegstrecke verkürzt und die Oberfläche des Holzteils vergrößert, indem
man mindestens ein Loch in das Holzteil bohrt; dadurch erhöht sich die Geschwindigkeit
der Oberflächenverdunstung und auch die Temperaturerhöhung im Inneren des Holzteils
bei der Dampfbehandlung wird beschleunigt; ferner wird die Wanderungsgesohwindigkeit
der Feuchtigkeit im Holz durch den Druck des durch die Löcher geschickten Dampfes
vergrößert und dem Holzteil unmittelbar nach der Dampfbehandlung an der Oberfläche
Wärme entzogen; da aber das Innere des Holzteils immer noch ziemlich heiß ist, kommt
es im Bereich der durchgehenden Löcher zu einer ungleichmäßigeren Druck- und Feuchtigkeitsverteilung
als in der Oberflächenschicht, insbesondere wird die Abführung der Feuchtigkeit
im Inneren des Holzteils beschleunigt, die Trockengeschwindigkeit wesentlich herautesetzt,
und eine ungleichmäßige Feuchtigkeitsverteilung im Innern des Holzteils belm Alterungsvorgang
vermindert, wodurch die Neigung, Risse, Verwerfungen etc. zu bilden, ausgeschaltet
wird. Nach dem herkömmlichen Trocknungsverfahren
ist es allgemein
üblich, das Holz allmählich während 7 bis lo Tagen in einer Trockenkammer lagern
zu lassen, nach der vorliegenden Erfindung aber erreicht das Holz in-etwa den Feuchtigkeitsgehalt,
der beim Trocknen an der Luft erreicht wird (Gleichgewicht im Feuchtigkeitsgehalt)
durch einen an die 30 Minuten bis 5 Stunden dauernde i)ampfbehandlung anschließenden
Lufttrocknungsvorgang von mindetens drei, vor zugsweise 5 bis lo Tagen.
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im allgemeinen liegt die Hauptursache der Verwitterung bei Insektenbefall
und fäulniserregenden Bakterien. Holz enthält stabile Zellulose, Halbzellulose als
Zwischenprodukt von Zellulose, und Lignin als Bindemittel. Die bei Holz Fäulnis
-erregenden Bakterien werden eingeteilt in zellulosezersetzende Bakterien und ligninzersetzende
Bakterien, wobei die zellulosezersetzenden Bakterien große Mengen von Zellulose
verfallen lassen und die ligninzersetzenden Bakterien hauptsächlich- Lignin zersetzen.
Bei den meisten dieser fäulniserregenden Bakterien beginnt die Ausbreitung des Pilzgeflechts
bei 5 bis 10°C und hört bei 30 bis 40°C auf. Die für die Ausbreitung der Bakterien
günstigen Bedingungen sind ein hoher Feuchtigkeitsgehalt und einpH-Wert von 3 bis
8.
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Insekten und Bakterien werden getötet, wenn sie für 20 Minuten einer
Temperatur von 70°C ausgesetzt werden. Demnach kann bei einer Temperatur über 70°C
und unter Berücksichtigung obiger Bedingungen die Verwitterung von Holz verhindert
werden, indem man diejenigen Bestandteile des Holzes, die den Nährboden für die
Fäulnisbildung darstellen, stabilisiert.
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Darüber hinaus hat der Erfinder eine Möglichkeit gefunden, die Verfärbung
Holzes zu verhindern, indem die bei der Dampfbehandlung ausgeschiedenen Bestandteile,
die zur Verfärbung (tief purpur) führen, kondensiert werden, und zwar durch Zusatz
kleiner Mengen einer Akrylatemulsion zu der Verdampfungsflüssigkeit. Als Akrylatemulsion
werden Akrylatsäure oder deren Derivate in einer emulgierten und polymerisierten
Form und in einfachem oder gemischtem Zustand verwendet -einem
Zustand,
bei dem andere Zusätze, soweit für den Fall erforderlich, enthalten sind - wobei
für die Akrylatsäure die allgemeine Formel R1C = CH - COOR2 gilt> in der R1 Wasserstoff
oder eine CH5-Gruppe und R2 eine gerade Kette oder eine verzweigte Alkylgruppe von
1 bis lo Kohlenstoffatomen darstellt, wobei für dieses emulgierte Polymer besonders
geeignete Monomere .Akrylmethylester, Akryläthylester und Akrylhexylester und ihre
Mlschungen sind, Die Emulsion durchdringt die Holzfasern, verbindet sich bei der
Dampfbehandlung mit der Halbzellulose des Holzes und wandelt diese in eine stabilere
hochmolekulare Verbindun um, wodurch das Holz nach der Lufttrocknung den erforderlichen
Feuchtigkeitsgehalt beibehält. Da die Emulsion Brücken bildet und wenn sie sich
in die Oberfläche und weiter ins Innere des Holzteils eingesaugt und die Insekten
und Bakterien im Holz abgetötet hat, in einem fixierten Zustand befindet, werden
dem Holz halbpermanente verwitterungsbeständige Eigenschaften sowie insekten- und
bakterienvertilgende Eigenschaften verliehen. Das mit der Emulsion behandelte Holz
ist nicht nur schwer verfärbbar, sondern neigt auch nicht leicht zur Bildung von
Verwerfungen, Verformungen, Verspannungen etc. Die für die Erfindung geeigneten
Holzarten umfassen alle Nadel- und Laubhölzer, auch das auf den SUdseeinseln wachsende
Lauan, usw.
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Im folgenden wird nun die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben.
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Beispiel 1: Ein Holzbrett 2 mit den Abmessungen 450 mm x 150 mm x
40 mm, hergestellt aus dem im allgemeinen mit roter Lauan" bezeichneten
Holz
der Art "melanti genus der Dipterocarpaceae ozeanischer Hölzer", welches wie Fig.-
1 und 2 zeigen, in Längs- und Querrichtung parallel und von gleicher Dicke ist,
hat sowohl in Längs- als auch in Querrichtung eine angemessene Anzahl Löcher 3 und
4 mit einem Durchmesser von 12 mm, welche das Brett horizontal und in etwa gleichem
Abstand voneinander durchlaufen. Das mit den Löchern 3 und 4 versehene -Holzbrett
wird als Prüfstück 1 bezeichnet.
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Fig. 3 und 4zeigen ein zylindrisches Gefäß lo für die Dampfbehandlung
mit einer Kapazität von 4oo -1, in welchem das Prüfstück der Dampfbehandlung unterzogen
wird. Das Gefäß besitzt in der Mitte seines Unterteils eine Dampfablaßdüse 14 und
ein Einlaß- und Auslaßrohr 16 für die wässrige Lösung. Das Gefäß kann etwa loo -
120 1 Wasser aufnehmen. Zunächst werden 30 bis 4o Prüfstücke 1 so in das Gefäß gelegt,
daß die Kontaktßäahe zwischen den einzelnen Prüfstücken durch Einfügen von Querstäben
zwischen die Prüfstücke möglichst gering gehalten wird. Außerdem wird der in Fig.
5 dargestellte Deckel 15 eingelegt. Das Gefäß hat am oberen Ende ein Druckteil-18
für einen Haltebolzen 17 und ein Halteteil 19. Dann wird durch das Einlaß- und Auslaßrohr
16 Wasser ins Gefäß eingelassen. Bei einem Volumenverhältnis des Wassers zu den
Holzbrettern von 1 : 1 liegen alle Bretter unter Wasser, werden aber durch den Deckel
13 daran gehindert, aus dem Gefäß zu geraten. Danach wird durch eine Dampfzuführleitung
15 über eine Düse 14 Dampf mit einer Temperatur von 110°C in das Gefäß 10 eingelassen,
und nachdem die Temperatur im Innern des Gefäßes loo0C erreicht hat,-werden die
Bretter über eine Zeitdauer von 2 Stunden bei einer Temperatur zwischen loo und
llo C der Dampfbehandlung unterzogen. Nach zwei Stunden Dampfbehandlung werden die
Prü£-stücke 1 aus dem Gefäß genommen und nachdem herkömmlichen Verfahren an der
Luft getrocknet. Der Feuchtigkeitsgehalt
zum Zeitpunkt, da die
Prüfstücke aus dem Gefäß entfernt werden, beträgt 50 bis 60 %. Fünf Tage nach dem
Trocknen an der Luft beträgt der Feuchtigkeitsgehalt 25 %. Die Prüfstücke zeigen
zu diesem Zeitpunkt, auch wenn sie weiterbearbeitet werden, keine Neigung, Risse
oder Verwerfungen zu bilden und bleiben auch in den äußeren Abmessungen stabil.
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Man erhält nach fünf bis zehn Tagen Lufttrocknung ein Holzbrett A
mit einem ausgeglichenen Feuchtigkeitsgehalt von 12 - 13 %. Da die Prüfstücke jedoch
nach der Dampfbehandlung an der Luft getrocknet werden, sind sie von klimatischen
Bedingungen nicht unabhängig. Die Daten der beiliegenden Versuchs tabelle basieren
auf den klimatischen Bedingungen der Präfektur Chiba von Oktober bis Dezember.
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Beispiel 2: Eine wässrige Lösung von 8 -iger Akrylesteremulqion (lo
bis 50 Gewichtsprozent fester Substanz) wird in das Gefäß für die Dampfbehandlung
gegossen. Verfahrensschritt und Bedingungen entsprechen denen in Beispiel 1. Statt
der bei diesem Verfahrensschritt verwendeten loo 1 Wasser werden jedoch loo 1 der
wässrigen Lösung in das Gefäß gegossen.
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Das Prüfstück in Beispiel 2 wird zur leichteren Unterscheidung als
bearbeitetes Holzbrett B bezeichnet.
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Das Holzbrett B ist in Qualität und Größe gleich dem in Beispiel 1
bearbeiteten Holzbrett A.
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Der zwischen den in Beispiel 1 und 2 verarbeiteten Holzbrettern A
und B und den folgenden Prüfstücken la und lb durchgeführte Vergleich und die bei
der erfindungsgemäßen Bearbeitung erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Testtabelle
aufgeführt.
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Versuch A: Im Versuch A werden andere Prüfstücke verwendet. Sie sind
aus demselben Holzstück gefertigt wie die vorher in Bei spiel 1 und 2 verwendeten
Holzbretter A und B., besitzen dieselbe Größe, weisen Jedoch keine Durchgangslöcher
auf.
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Zehn solche Prüfstücke,(in der Folge Prüfstücke la genannt) ohne Durchgangslöcher
werden direkt an der Luft' getrocknet.
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Die klimatischen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen sind dieselben
wie in Beispiel 1.
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Versuch B: Genauso wie in Versuch A werden hier lo Prüfstücke lb verwendet,
die aus demselben Holzstück gefertigt sind wie die in Beispiel 1 und 2 verwendeten
Holzbretter A und B. Sie werden in demselben Verfahrensschritt wie in Beispiel 1
der Dampfbehandlung unterzogen und danach getrocknet.
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Die in den obigen Beispielen und Versuchen, verwendeten Bretter und
Prüfstücke sind entsprechend den in den japanischen Industrienormen festgelegten
Prüfungsbestimmungen für Holz astfrei und weisen keine vermorschten Teile, Risse
oder Sprünge auf. Sie haben auf allen Seiten eine glatte und daß getreü gefertigte
Oberfläche. Dieselben Normen wurden auch in anderer Hinsicht angewandt. Bei der
Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts werden Prozentsätze in numerischen Werten angegeben,
bei denen Bruchteile von 0,5 und-mehr als Ganze gelten und der Rest weggestrichen
wird. Die verschiedenen numerischen Werte in der Versuchstabelle beziehen sich auf
jeweils zwei der für den Versuch mit den Brettern und Prüfstücken repräsentative
Stücke und aur ein Stück der in Beispiel 2 erhaltenen Holzbretter B. Da die Prüfstückevla
in der Versuchstabelle keiner Dampfbehandlung unterzogen werden, sind die Prüfstücke
in Beispiel 1, und 2 und in Versuch
B in bezug auf den Zeitpunkt
der Bestimmung des. Feuchtigkeitsgehalts aufeinander abgestimmt. Der Feuchtigkeitsgehalt
wird durch folgende Gleichung berechnet: W1 - W2 Feuchtigkeitsgehalt in % = . 100(%)
W2 wobei W1 das Gewicht (gr) zum Zeitpunkt der Bestimmung und W2 das Gewicht (gr)
nach der Trocknung darstellt. In nachstehender Versuchstabelle sind die Einheiten
in g angegeben.
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Prüfstück Bearbeitetes Bearbeitetes Prüfstück Prüfstück Holzbrett
A Holzbrett B (ia) (ib) Zeit A-1 A-2 B 1a-1 1a-2 1b-1 1b-2 Feuchtigkeitsgehalt vor
der 54 4o 50 50.o 64.5 54 40 Bearbeitung Feuchtigkeits-52 42 45 52 42 gehalt unmittelbar
nach der Dampfbehandlung Ein Tag nach der 40 31 39 48.9 63.0 47 36 Dampfbehandlung
Zwei Tage nach der Dampfbehand- 34 27 54 45.6 60.4 44 32 lung Drei Tage nach der
Dampfbehand- 32 24 30 39.5 58.6 41 70 lung Vier Tage nach der Dampfbehand- 30 22
28 88.7 56.2 39 29 lung
5 Tage nach der 28 20 26 37.8 54.2 36 28
Dampfbehandlung 28 20 26 37.8 54.2 36 28 6 Tage nach der Dampfbehandlung 26 19 23
35.0 53.6 34 28 7 Tage nach der Dampfbehandlung 25 18 20 33.6 52.2 32 28 8 Tage
nach der Dampfbehandlung 24 17 18 32.9 51.5 31 27 Dampfbehandlung 9 Tage nach der
24 16 17 32.1 50.7 30 26 Dampfbehandlung 10 Tage nach der 23 15 16 31.4 49.4 30
25 Dampfbehandlung Wie aus obigen Daten ersichtlich ist, ist das Ziel der Erfindung
erreicht. worden.