DE4224510C2 - Verfahren zum Imprägnieren von Holz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Imprägnieren von Holz, insbesondere von Eisenbahnschwellen, bei dem dieses in einem Tränkkessel mit einem Luftvor­ druck beaufschlagt, anschließend das auf 100°C bis 120°C erwärmte Stein­ kohlenteeröl zugesetzt, ein Tränkdruck aufgebracht und über einen längeren Zeitraum gehalten, nach dem Ablassen des Steinkohlenteeröls mindestens 15 Minuten einem Unterdruck ausgesetzt und nachfolgend entlüftet wird.

Kesseldruck-Verfahren zum Imprägnieren von Holz sind beispielsweise als das sogenannte Rüping-Verfahren (US-PS 709 799) seit langem bekannt. Dieses Verfahren ist bei­ spielsweise auch in E. Holland-Merten: "Handbuch der Vakuumtechnik", Seiten 727 und 728, insbesondere Abbildung 2731 beschrieben. Es handelt sich hier bereits um ein Sparverfahren, durch das der hohe Steinkohlenteeröl-Verbrauch der Volltränkver­ fahren reduziert werden soll. Gemäß dem Rüping-Verfahren wird bereits ein geringerer Füllungsgrad der Zellhohlräume mit Schutzflüssigkeit angestrebt. Bei diesem Verfahren wird zunächst im Tränkkessel ein Luftvordruck in einer Höhe von 20 bis 25% des späteren Tränkdruckes erzeugt, bei diesem Druck die Tränkflüssigkeit eingelassen, danach der ei­ gentliche Tränkdruck in Höhe von 7 bis 17 bar aufgebracht und über eine festgelegte Zeit gehalten. Abschließend wird dann der Tränkkessel auf ein möglichst hohes Endvakuum leergepumpt, wodurch sich die anfänglich ins Holz eingepreßte Luft ausdehnt und je nach Vordruckhöhe einen entsprechenden Anteil der aufgenommen Schutzflüssigkeit wieder aus dem Holz herausdrückt. Bekannt ist es auch bereits, den genannten Tränkzyklus zweimal hintereinander zu durchlaufen.

Gemäß dem sogenannten verbesserten Rüping-Verfahren, dem heutigen Regelverfahren der Bundesbahn und Bundespost, ist es bereits gelungen, eine Verbesserung des Durchträn­ kungsgrades zu erreichen, indem man den Anfangs-Luftvordruck nicht nur wenige Minuten, sondern so lange aufrecht erhält, bis das in dem Tränkkessel eingelassene heiße Steinkoh­ lenteeröl, welches sich durch das eingebrachte kältere Holz zunächst abkühlt, wieder Temperaturen von über 100°C erreicht hat und zusätzlich das Holz einige Zeit temperiert wurde. Dieses Verfahren ist beispielsweise im "Holz-Lexikon", 3. Auflage, Band 1, DRW-Verlag Stuttgart, Seite 636, Abschnitt b), beschrieben.

Allen diesen Verfahren ist es gemeinsam, daß sich an dem eigentlichen Tränkvorgang eine Unterdruckbehandlung zur Entfernung der überschüssigen Schutzflüssigkeit anschließt. Hierdurch wird ein auch unter dem Aspekt des Umweltschutzes unerwünschtes, späteres Austreten der in der Regel toxischen Schutzflüssigkeit aus dem Holz reduziert. Gänzlich kann das Austreten, insbesondere das Ausschwitzen von Steinkohlenteeröl unter Sonneneinwir­ kung bei den nach dem bekannten Verfahren behandelten Eisenbahnschwellen nicht verhin­ dert werden. So erfordert das Verlegen derart behandelter Eisenbahnschwellen und der nachfolgende Gleisbau auch besondere Arbeitsschutzmaßnahmen.

In E. Holland-Merten: "Handbuch der Vakuumtechnik", Brückenabsatz Seite 23 unten und Seite 24 oben, ist es auch bereits beschrieben, bei geschmolzenen Imprägniermitteln und bei in Wärme dünnflüssigen Ölen die behandelten Kör­ per in einer Nachbehandlungsstufe abzukühlen, um so einen übermäßigen Rück­ fluß des Imprägniermittels aus den Poren der behandelten Körper zu verhü­ ten. Auch hier soll sich jedoch, sofern es als notwendig erachtet wird, al­ lenfalls eine zusätzliche abschließende Unterdruckbehandlung anschließen.

Um schädliche Auswirkungen auf die Umwelt soweit wie möglich zu reduzieren, wurde unter der Bezeichnung TN-Imprägnieröl von der Fa. Tarkonord, A/S, Dänemark, bereits ein Steinkohlenteeröl auf den Markt gebracht, bei dem durch Wegfall der niedrigsiedenden Aromaten und der hochsiedenden Verbindungen die umweltschädigende Wirkung reduziert werden konnte. Man ist dabei von der Erkenntnis ausgegangen, daß die niedrigsiedenden Verbindungen nur eine geringe fungizide Wirkung haben und daher vom Gesichtspunkt des Holzschutzes her im Imprägnieröl nicht erforderlich sind. Andererseits haben die hochsie­ denden Verbindungen eine hohe Viskosität, so daß es schwierig ist, diese Verbindungen gleichmäßig und tief in das Holz einzuführen. Der Wegfall dieser Verbindungen trägt deshalb auch zu einer gleichmäßigen Verteilung des Imprägnieröls bei und ermäßigt die Tendenz zu einer späteren Ausblutung von überschüssigem Steinkohlenteeröl aus dem Holz. Im übrigen haben die hochsiedenden Verbindungen eine relativ niedrige fungizide Wirkung, so daß man im Imprägnieröl auch unter diesem Aspekt auf sie verzichten kann. Durch den Fortfall der genannten Komponenten konnten die Eigenschaften des Steinkohlenteers auch dadurch er­ heblich verbessert werden, indem der Gehalt an Benzo (a)-Pyren und ähnlichen PAK stark reduziert wurde. Außerdem wurde der unangenehme Geruch im Vergleich zu herkömmlichen Steinkohleteerölen reduziert. Andererseits hat sich durch den Fortfall der genannten Kom­ ponenten der Kristallisationspunkt von ca. 20°C bei den herkömmlichen Steinkohlen­ teerölen auf über 50°C, vorzugsweise 68°C, erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Kesseldruck-Verfahren zum Imprägnieren von Holz insbesondere von Eisenbahnschwellen, zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß wird ein Steinkohlenteeröl mit einer Kristallisationstempe­ ratur von über 50°C verwendet sowie nach dem Entlüften, beginnend bei ei­ ner Temperatur von 70°C bis 90°C, ein Druck von 3-6 bar aufgebaut und bis zum Absenken der Temperatur unter die Kristallisationstemperatur des Steinkohlenteeröls gehalten. Vorzugsweise weist dabei das Steinkohlenteeröl eine Kristallisationstemperatur von 68°C auf. Die Enddruckbehandlung be­ ginnt vorzugsweise bei einer Temperatur von 80°C.

Wesentlicher Kern der Erfindung ist, daß ein spezielles, deutlich umweltfreundlicheres Steinkohlenteeröl eingesetzt werden kann, wobei die Enddruckbehandlung überraschen­ derweise dazu führt, daß das Steinkohlenteeröl tiefer als bei den bisher angewendeten Ver­ fahren in den Holzquerschnitt eindringt, dort verfestigt und somit gut eingelagert wird. Es findet insgesamt eine gegenüber dem Stand der Technik erheblich verbesserte Konzentra­ tionsverteilung des Teeröls von der Außenpartie des Holzes zum Kern hin statt. Es wird weiterhin erreicht, daß die Holzoberfläche nach dem Imprägnieren weitgehend oberflä­ chentrocken ist. Die Konzentrationsverlagerung des Steinkohlenteeröls zur Kernmitte des Querschnittes hin bewirkt eine sehr gute Imprägnierung des Holzes, obgleich gleichzeitig die Aufnahmemenge des Holzes an Steinkohlenteeröl durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens reduziert wird. In Verbindung mit der hohen Kristallisationstemperatur des verwendeten Steinkohlenteeröls führt diese Tatsache dazu, daß ein Ausschwitzen von Steinkohlenteeröl beispielsweise unter Sonneneinwirkung bei erfindungsgemäß imprägnierten Eisenbahnschwellen fast vollständig vermieden werden kann. Aus den genannten Punkten ergeben sich hinsichtlich des Arbeitsschutzes und der Bodenbelastung erhebliche Vorteile. Die reduzierte Aufnahmemenge an Steinkohlenteeröl stellt außerdem eine Kosteneinsparung dar. Da das erfindungsgemäß bevorzugt verwendete Steinkohlenteeröl außerdem an sich schon geruchsarm ist und zudem tief in das Holz eingelagert wird, ergibt sich eine vorteilhafte, geruchsarme Imprägnierung. Zusätzlich ergibt sich der Vorteil, daß mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die üblichen Holzarten, wie Buche, Eiche und Kiefer, ohne daß eine spezielle Einstellung der Verfahrensschritte erforderlich ist, einfach und sicher zu imprägnieren sind. Dabei hat es sich gezeigt, daß es aufgrund der sehr guten Konzentrationsverteilung auch zur Kernmitte des Holzes hin, zur Erzielung einer guten Imprägnierung ausreichend ist, z. B. in Kiefernholz eine Ölmenge von 50 kg pro m³ Holzmasse einzulagern. Bei Eichenholz sind 40 bis 45 kg pro m³ und bei Buchenholz 140 bis 145 kg pro m³ ausreichend. Es ergibt sich dabei beispielsweise bei Kiefernholz eine Einlagerung von unter 50 kg pro m³ Holzmasse.

Diese Tatsache führt u. a. auch zu einer weiteren Reduzierung des Aufwandes und der Umweltbelastung bei einer späteren Entsorgung.

Um das Eindringen des Steinkohlenteeröls in das Holz zu erleichtern und um die eingelagerte Menge zu reduzieren, hat es sich gezeigt, daß es vorteilhaft ist, im Imprägnierkessel einen Luftvordruck in einer Höhe von 1,5 bis 5 bar, vorzugsweise 4 bar, zu erzeugen, der für mindestens 15 Minuten, vorzugsweise 30 Minuten, gehalten wird. Es wird so eine Öffnung der Struktur des Holzes und eine gute Durchdringung mit Druckluft erreicht.

Weiterhin ist es vorgesehen, daß nach dem Füllen des Tränkkessels mit dem Steinkohlenteer eine Vorbehandlung von 30 Minuten bei einem konstanten Druck von 4 bar erfolgt. Hierdurch wird erreicht, daß das in den Tränkkessel eingelassene heiße Teeröl, welches sich durch das eingebrachte kältere Holz zunächst abkühlt, wieder die für ein optimales Fließverhalten erforderliche Temperatur von über 100°C, vorzugsweise 120°C, erreicht. Zusätzlich wird auch das Holz hier einige Zeit temperiert.

Dadurch, daß der Tränkdruck eine Höhe von 7 bar hat und 45 Minuten gehalten wird, wird eine gute Verteilung und ein tiefes Eindringen des Steinkohlenteeröls in das Holz erreicht. Dies wird insbesondere auch durch die Einwirkung des Tränkdruckes über einen relativ langen Zeitraum erreicht.

Durch einen sich an die Druckabsenkung und das Ablassen des Steinkohlenteers anschließende Unterdruckbehandlung des Holzes bei wenigstens -0,8 bar von 15 Minuten Dauer, bei einer Temperatur von 80°C im Tränkkessel, wird erreicht, daß das überschüssige Steinkohlenteeröl fast vollständig aus dem Holz austritt. Dieser Effekt wird verstärkt, indem sich an die Unterdruckbehandlung ein Luftausgleich für eine Dauer von 10 Minuten anschließt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Diagramms näher beschrieben.

In dem Diagramm ist der Druckverlauf bei einem Verfahren zum Imprägnieren von Holz, insbesondere von Eisenbahnschwellen mit Steinkohlenteeröl, dargestellt. Während eines mit 1 bezeichneten Abschnitts wird im Tränkkessel ein Luftdruck von 1,5 bis 4 bar hergestellt. Dieser Luftdruck wird gemäß Abschnitt 2 für einen Zeitraum von vorzugsweise 30 Minuten gehalten und führt aufgrund der guten Verteilung der Druckluft im Holz zu einer Verminderung der Aufnahmemenge beim späteren Tränkvorgang.

Im Abschnitt 3 erfolgt das Füllen des Tränkkessels mit dem Steinkohlenteeröl. Aufgrund der Zufuhr des Steinkohlenteeröls steigt der Druck hier geringfügig an. Im Abschnitt 4 findet zur Unterstützung der Ölverteilung im Holz eine Luftdruckbehandlung mit einer Dauer von 30 Minuten statt. Es wird hier vor allem auch erreicht, daß das in den Tränkkessel eingelassene heiße Steinkohlenteeröl, welches sich durch das eingebrachte kältere Holz zunächst abkühlt, wieder Temperaturen von über 100°C erreicht. Zusätzlich wird das Holz einige Zeit temperiert.

Im Abschnitt 5 wird der eigentliche Tränkdruck in Höhe von 7 bar aufgebracht. Dieser Tränkdruck wird im sich anschließenden Abschnitt 6 zur optimalen Verteilung des Steinkohlenteeröls im Holz wenigstens 45 Minuten gehalten.

Im sich anschließenden Abschnitt 7 erfolgt das Ablassen des Steinkohlenteeröls aus dem Tränkkessel, verbunden mit einer schnellen Entlüftung auf 0 bar, bei der sich die im Holz zusammengepreßte Luft explosionsartig entspannt und das überschüssige Öl aus den Zellen des Holzes herausschleudert. Im Abschnitt 8 beginnt dann der Aufbau eines Unterdruckes.

Im Abschnitt 9 wird anschließend im Tränkkessel ein Unterdruck in Höhe von -0,8 bar hergestellt. Diese Unterdruckbehandlung dient der Intensivierung des in Abschnitt 7 beschriebenen Rückstoßeffektes und führt zu einem weiteren Austreten von überschüssigem Steinkohlenteeröl. Der Unterdruck wird über einen Zeitraum von 15 Minuten gehalten, da es sich gezeigt hat, daß erst nach dieser Zeitspanne das Austreten des überschüssigen Steinkohlenteeröles beendet ist. Dieser Abschnitt ist im Diagramm mit 10 bezeichnet. Da das ausgetretene, überschüssige Steinkohlenteeröl weitgehendst abgetropft ist, kann der sich im abschließenden Abschnitt 11 anschließende Druckanstieg auf 0 bar, den Abscheidevorgang nicht rückgängig machen. An die Unterdruckbehandlung schließt sich im Abschnitt 12 eine weitere Entlüftung des Holzes an. In dieser Phase nimmt das Holz Luft auf und zieht weiteres Imprägnieröl nach innen.

Durch eine in Abschnitt 13 einsetzende Enddruckbehandlung des Holzes, bei der im Tränkkessel ein Luftdruck von 4 bar aufgebaut wird, erreicht man, daß das im Holz befindliche Steinkohlenteeröl nochmals in das Holz gepreßt wird. Insbesondere auch, da die Enddruckbehandlung im sich anfolgenden Abschnitt 14 über 30 Minuten fortgesetzt wird, wird erreicht, daß das Steinkohlenteeröl tiefer als bei dem bisher bekannten Verfahren erzielbar, in das Holz eindringt. Die Unterdruckbehandlung ist im Abschnitt 14 ferner so gestaltet, daß die Temperatur im Tränkkessel von anfangs 80°C langsam auf einen Wert von ca. 68°C abgesenkt wird. Da das hier verwendete Steinkohlenteeröl eine Kristallisationstemperatur von 68°C hat, wird während der Unterdruckbehandlung gleichzeitig die Kristallisation des im Holz befindlichen Steinkohlenteeröls eingeleitet. Das Steinkohlenteeröl verfestigt in den Holzzellen, so daß die sich anschließende Druckabsenkung im Abschnitt 15 überraschenderweise nicht dazu führt, daß nennenswerte Mengen des Steinkohlenteeröls aus dem Holz austreten, bzw. das Steinkohlenteeröl aus dem Kernbereich des Holzes an dessen Oberfläche zurückgezogen wird. Der im Abschnitt 15 erfolgende Druckabbau auf 0 bar beeinflußt, wie sich herausgestellt hat, die mit der Enddruckbehandlung erzielte Konzentrationsverteilung des Steinkohlenteeröls im Holz überraschenderweise in keiner Weise negativ. Es ist bereits während der Unterdruckbehandlung eine Bindung des Steinkohlenteers im Holz erfolgt. Hierbei wurde erfindungsgemäß die Tatsache ausgenutzt daß bei dem verwendeten Steinkohlenteeröl die Kristallisationstemperatur anstatt bei ca. 23°C bei ca. 68°C liegt. Die Unterdruckbehandlung führt in Verbindung mit der genannten Eigenschaft des verwendeten Steinkohlenteeröls zu einer weitgehend trockenen Oberfläche des Holzes.

Claims (8)

1. Verfahren zum Imprägnieren von Holz, insbesondere von Eisenbahnschwellen, bei dem dieses in einem Tränkkessel mit einem Luftvordruck beaufschlagt, anschließend das auf 100°C bis 120°C erwärmte Steinkohlenteeröl zugesetzt, ein Tränkdruck aufgebracht und über einen längeren Zeitraum gehalten, nach dem Ablassen des Steinkohlenteeröls mindestens 15 Minuten einem Unterdruck ausgesetzt und nachfolgend entlüftet wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Steinkohlenteeröl mit einer Kristallisationstemperatur von über 50°C verwendet sowie nach dem Entlüften, beginnend bei einer Temperatur von 70°C bis 90°C, ein Druck von 3-6 bar aufgebaut und bis zum Absenken der Temperatur unter die Kri­ stallisationstemperatur des Steinkohlenteeröls gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entlüften, beginnend bei einer Temperatur von 80°C, ein Druck von 4 bar aufgebaut und bis zum Absenken der Temperatur unter die Kristallisationstemperatur des Steinkohlenteeröls gehalten wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steinkohlen­ teeröl mit einer Kristallisationstemperatur von vorzugsweise 68°C eingesetzt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftvordruck von 1,5 bis 5 bar, vorzugsweise 4 bar, angelegt und für mindestens 15 Minuten, vor­ zugsweise 30 Minuten, gehalten wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Füllen des Tränkkessels mit dem Steinkohlenteeröl eine Vorbehandlung von 30 Minuten bei einem konstanten Druck von 4 bar durchgeführt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tränkdruck von 7 bar 45 Minuten gehalten wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Druckabsenkung und dem Ablassen des Steinkohlenteeröls während 15 Minuten an das Holz ein Unterdruck von wenigstens -0,8 bar bei einer Temperatur von 80°C angelegt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Unter­ druckbehandlung ein Luftausgleich für eine Dauer von 10 Minuten angeschlossen wird.