-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbessern der Festigkeit und zum
Reduzieren der Festigkeitsschwankungen von mehrschichtigem Holz, Sperrholz oder
dergleichen, in welchem die Dichte der zu ihrer Herstellung verwendeten Furnierplatten mit
einem elektromagnetischen Hochfrequenzresonator gemessen wird und die Furnierplatten
dementsprechend sortiert werden.
-
Es ist hinlänglich bekannt, daß die Festigkeit von Holz als Funktion der Dichte
zunimmt, wenn die Holzstruktur unverändert bleibt, d. h. wenn sich die Knorrenstruktur
nicht wesentlich ändert. Bei den meisten Holzimplementierungen wäre es günstig, die
Holzdichte zu kennen, da diese Daten den Benutzern erlauben würde, einen starken Holztyp für
Stellen und Zwecke auszuwählen, wo eine solche Festigkeit besonders benötigt wird, und
schwächere Typen für weniger wichtige oder anspruchsvolle Zwecke auszuwählen. Die
Festigkeit von Holz variiert beträchtlich. Es gibt mehrere Untersuchungsergebnisse über die
Korrelation zwischen der Holzdichte und der Festigkeit, von denen wir zitieren: F. F. P.
Kollman, A. C. Jr. Wilfred: Principles of Wood Science and Technology I Solid Wood,
Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1968. Eine grobe Näherung ist, daß die Festigkeit von
Holz näherungsweise eine lineare Funktion seiner Dichte ist, wobei die Korrelation der
allgemeinen Formel s = a·db gleicht, wobei s die Festigkeit (MPa) ist, a eine Konstante ist, d
die relative Dichte ist und b eine Konstante mit einem Wert von etwa 1,03 ist. Das Gewicht
der Furnierplatten, die für die Herstellung von mehrschichtigen Holzplatten, Sperrholz oder
dergleichen verwendet werden, variiert somit von 2,8 bis 5,6 kg/Platte, wobei die
Plattengröße 1,6 m/l,93 m und die Dicke 3,2 mm beträgt. Die Plattendichte variiert
dementsprechend, ebenso wie die Festigkeit, die deutlich signifikante Festigkeitsschwankungen
aufweist.
-
Es ist bekannt, Furnierplatten entsprechend der Dichte zu sortieren durch Messen
des Gewichts jeder Furnierplatte mit Schnellwaagen und dementsprechendes Sortieren der
Platten. Dies ist möglich, da die Furnierplatte spezifische Abmessungen hinsichtlich der
Bearbeitungsmaschineneinstellung und der Schneidvorrichtungen hat. Die Verwendung des
Wiegens als Meßverfahren verlangsamt die Herstellung in der Produktionsstraße deutlich,
weshalb es selten verwendet wird. Es hat den zusätzlichen Nachteil, daß nur die mittlere
Dichte der Furnierplatte ermittelt werden kann, während es für die Verwendung der Platte
wichtig sein kann, z. B. einzelne Schwachpunkte mit geringerer Dichte zu erfassen, obwohl
die mittlere Dichte der Platte ausreichend wäre. Außerdem weist dieses Wiegeverfahren
Fehler aufgrund von Feuchtigkeitsschwankungen auf, vorausgesetzt, daß das Wiegen nicht
den Grund für das Gewicht feststellt, z. B. ob ein großes Gewicht auf der Trockensubstanz
oder dem Wassergehalt basiert. Ein zweites wohlbekanntes Verfahren der Messung der
Dichte ist die Verwendung von Ultraschall für die Messung. Ultraschallvorrichtungen sind
jedoch sehr teuere Investitionen und weisen den Nachteil auf, daß der Ultraschallsensor mit
der Furnierplatte in Kontakt gebracht werden muß, was eine schwierige Operation ist, wenn
die Furnierplatten getrocknet und verformt sind. Ferner kann eine Messung mittels Kontakt
den Ultraschallsensor abnutzen und die Furnierplatten beschädigen.
-
Die US-Patentbeschreibung 4 739 249, die FI-Patentbeschreibung 74816 und die FI-
Patentbeschreibung 77936 beschreiben einen mit Hochfrequenz betriebenen
elektromagnetischen Resonator für die Ermittlung der elektrischen Eigenschaften einer Platte oder einer
Schicht aus einem gering leitfähigen Material oder der Eigenschaften, die die elektrischen
Eigenschaften beeinflussen, insbesondere der Feuchtigkeit. Durch Verwenden dieses
Sensors kann eine Meßanordnung bei vertretbaren Kosten vorbereitet werden, wobei der Sensor
die Feuchtigkeit mißt, ohne die Furnierplatte oder die Papierbahn zu berühren. Das
Meßergebnis ist nicht sehr empfindlich gegenüber der Position der Bahn oder der Furnierplatte
bezüglich des Sensors. Es ist ferner bekannt, daß das Basisgewicht, d. h. die Masse pro
Flächeneinheit, auf der Grundlage der von diesem Sensor gelieferten Meßsignale berechnet
werden kann.
-
US-4 239 577 offenbart einen Prozeß zur Herstellung von Holzlaminaten, wie z. B.
Sperrholz, aus mehreren Holzschichten mit einem relativ hohen Feuchtigkeitsgehalt. In
dieser Veröffentlichung sollen die äußeren Schichten einen hohen Feuchtigkeitsgehalt von
7-25% aufweisen, wobei die mittleren Schichten einen geringeren Feuchtigkeitsgehalt von
vorzugsweise 2-5% aufweisen sollten. Die Aushärtung eines Klebstoffes oder eines
Bindemittels zwischen den Schichten wird mittels heißer Andruckplatten bewerkstelligt,
woraufhin im Laminat ein Temperaturgradient erzeugt wird. Die definierte Aufgabe besteht darin,
Feuchtigkeit zu verdampfen und sie während der Aushärtung des Bindemittels in Richtung
zur Mitte des Laminats zu treiben. Diese Veröffentlichung offenbart nichts über die Messung
des Feuchtigkeitsgehalts. Offensichtlich wird der Feuchtigkeitsgehalt überhaupt nicht
gemessen, wobei die äußeren Schichten für das Laminat unter Verwendung ungetrockneter
Schichten geschaffen werden. Es wird auf Mittel Bezug genommen, die eine gute
Bindefestigkeit zwischen den Schichten im Laminat aufweisen sollen, wobei die Bindemittel im
allgemeinen bei der Herstellung unterschiedlicher Holzprodukte verwendet werden. Es
werden keine anderen Möglichkeiten zum Schaffen einer höheren Festigkeit für ein Laminat
aus Holzschichten offenbart.
-
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Erhöhen der Festigkeit
und zum Reduzieren der Festigkeitsschwankungen von mehrschichtigem Holz, Sperrholz
oder einem bestimmten anderen Material, das aus plattenartigen Holzschichten oder
dergleichen zusammengesetzt ist, zu schaffen. Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist, ein
Verfahren zur individuellen Ermittlung der Dichte und somit der Festigkeit jeder Furnierplatte
oder jeder ähnlichen Holzplatte, die für die Herstellung von mehrschichtigem Holz,
Sperrholz oder dergleichen verwendet wird, und zum Plazieren derselben in der günstigsten
Position hinsichtlich der ersten Aufgabe zu schaffen. Eine dritte Aufgabe der Erfindung ist, ein
Verfahren mit einer solchen Meßrate zu schaffen, daß die normale
Produktionsgeschwindigkeit nicht wesentlich reduziert wird. Eine vierte Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zu
schaffen,
das gleichzeitig die Feuchtigkeit der Furnierplatten mißt, z. B.
Feuchtigkeitspunkte, so daß der Einfluß der Feuchtigkeit auf die Dichte reduziert werden kann, um die
Dichte des Holzmaterials unabhängig von der Feuchtigkeit zu erhalten, d. h. die
Trockensubstanzdichte, und das ferner die Dichteverteilung liefert, die für die Steuerung der
gemessenen Furnierplatte oder dergleichen erforderlich ist, und in welchem die Messung der
Furnierplatte oder dergleichen vorzugsweise ohne Berührung der Furnierplatte ausgeführt
wird, um eine Beschädigung oder Abnutzung sowohl der Furnierplatte als auch des Sensors
zu vermeiden.
-
Es wurde nun überraschend entdeckt, daß alle Aufgaben und Nachteile, die oben
beschrieben worden sind, durch ein Verfahren gelöst werden, das durch die im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten Merkmale gekennzeichnet ist.
-
Der Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, daß sie ermöglicht, die stärksten
Furnierplatten in den Oberflächenschichten des mehrschichtigen Holzes, des Sperrholzes
oder dergleichen anzuordnen und somit die Festigkeit des Produkts zu verbessern.
Gleichzeitig können die mittleren Furnierplatten, deren Festigkeit die Gesamtfestigkeit des
mehrschichtigen Holzes oder des Sperrholzes nicht wesentlich beeinflussen, Furnierplatten mit
geringerer Qualität sein, so daß kein Abfallmaterial erzeugt wird. Ein zweiter Vorteil der
Erfindung ist, daß Festigkeitsschwankungen der Furnierplatten in den inneren Abschnitten
des mehrschichtigen Holzes, des Sperrholzes oder dergleichen ausgeglichen werden durch
Umordnen der Furnierplatten längs des Produkts, so daß Festigkeitsschwankungen, die an
verschiedenen Punkten gemessen werden, deutlich reduziert werden. Ein dritter Vorteil der
Erfindung ist, daß alle diese Aufgaben mit einem Meßverfahren erreicht werden, das das
Material nicht bricht oder die Furnierplatte berührt und das sehr schnell und zuverlässig
ist.
-
Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer
beschrieben.
-
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht der Produktionsstraße gemäß der Erfindung, die
einen Sensor umfaßt, der die Festigkeit der Furnierplatte auf dem Plattenweg mißt, ohne
das Material zu brechen, und ein System umfaßt zum Umordnen der Furnierplatten, wobei
die Plattenbahn von oben in Richtung I der Fig. 2 betrachtet ist.
-
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt der Furnierplattenbahn im Bereich des Sensors in
Richtung II der Fig. 1.
-
Die Figuren zeigen die Transportbahn 5 der Meß- und Sortiervorrichtung, längs der
die Furnierplatten 10 mit einer spezifischen Größe in Richtung D1 über einen an sich
bekannten Meßsensor 2 befördert werden, der ein Typ eines elektromagnetischen
Hochfrequenzresonators ist. Ein solcher Sensor wurde beschrieben in den Patentbeschreibungen
FI 77936, FI 74816 und US 4 739 249, die oben erwähnt worden sind. Trotzdem bietet ein
solcher Sensor nur die Meßwertverteilung der Furnierplatte in Transportrichtung D1 der
Platten, da der Sensor den Mittelwert in einer Richtung quer zu diesen mißt. Es wird
vorzugsweise ein fortschrittlicher Typ eines solchen Quasi-TEM-Übertragungsleitung-Resonators
verwendet, bei dem beide Zentralleiter, die zwischen die Masseebenen in der Oberseite
2b und der Unterseite 2b des Resonators und die näherungsweise zentrale Furnierplatte
eingesetzt sind, als Sensorelemente ausgebildet sind, die mit PIN-Dioden gesteuert werden.
Eine solche Konfiguration wurde beschrieben in IEEE Transactions on Instrumentation and
Measurement, Bd. IM-36, Nr. 4, Dezember. 1987, Vainikainen, Nyfors, Fischer, "Radiowave
Sensor for Measuring the Properties of Dielectric Sheets: Application to Veneer Moisture
Content and Mass per Unit Area Measurement". Wenn die Sensoren, die die Dichte und
somit die Festigkeit messen, in dieser Patentanmeldung im folgenden beschrieben werden,
ist prinzipiell ein Sensor des in dieser Veröffentlichung beschriebenen Typs gemeint. Die
Struktur dieses Sensors wird daher in dieser Patentanmeldung nicht genauer beschrieben.
-
Durch Verwenden des Meßsensors, der in der obenerwähnten Referenz beschrieben
ist, kann die Trockengesamtmasse pro Flächeneinheit einer Furnierplatte oder eines
ähnlichen Produkts berechnet werden anhand der Resonanzfrequenz fr oder des Q-Faktors, die
vom Sensor geliefert werden. Wie bekannt ist, hängen diese vom Realteil und Imaginärteil
der Dielektrizitätskonstanten der Furnierplatte ab. Der Sensor in den Fig. 1 und 2 umfaßt
somit einen oberen und einen unteren Abschnitt 2a, 2b, die beide Metallmasseplatten 6a,
6b und Zentralleiter 8a, 8b umfassen, die an diesen mit Kunststoffträgern 7a, 7b
angebracht sind. Diese Zentralleiter 8 sind ihrerseits in separate Sensoreinheiten unterteilt, die
durch PIN-Dioden 9a bis 9d gesteuert werden, wobei vier von diesen über die Breite der
Furnierplatte 10 verteilt in der Figur angeordnet sind. Dies ermöglicht, Messungen an vier
Punkten über der Breite der Furnierplatte vorzunehmen, die auf einer der Platten als
Meßpunkte 11 markiert sind. Wenn die Messung z. B. dreimal über die Länge der
Bewegungsrichtung D1 der Platte ausgeführt wird, werden drei Meßpunktreihen in dieser Richtung
erhalten, wie mit den Meßpunkten 11 gezeigt ist. In der Praxis umfaßt der Sensor 2 mehrere
parallele Sensoreinheiten 9, die mehrere Messungen in Bewegungsrichtung der Platte
durchführen. Zum Beispiel sind 60 Meßpunkte auf der Furnierplatte 10 in der Praxis eine
angemessene Anzahl. Diese Anzahl von Messungen kann in der Praxis mit einer
Geschwindigkeit der Platte von wenigstens 140 m/min ausgeführt werden, bei der die Messung die
Produktion in keiner Weise verlangsamt. Auf diese Weise wird die Eigenschaftsverteilung
jeder Furnierplatte 10 sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung gemessen, wobei
selbstverständlich alle notwendigen Mittelungen erhalten werden. Dieses Meßverfahren
ermöglicht ferner, den Feuchtigkeitsgehalt der Furnierplatte an diesen Punkten zu messen,
was eine Berechnung der Trockensubstanzdichte der Furnierplatte erlaubt, d. h. der
wirklichen Dichte der Furnierplatte.
-
Da die Abmessungen der Furnierplatte auf der Grundlage ihrer
Bearbeitungsmaschineneinstellung exakt bestimmt sind, d. h. die Länge, die Breite und die Dicke der
Furnierplatte bleiben mit großer Genauigkeit konstant, erlauben diese eine leichte
Berechnung der Dichte der Furnierplatte. Diese Anordnung liefert insbesondere die Dichte der
Furnierplatte und somit deren Dichte an verschiedenen Punkten 11, die schlechtesten oder
eine gegebene Anzahl von schlechtesten Meßwerten und/oder verschiedene Mittelwerte, die
als ein Kontrollkriterium für die Sortierung und/oder die Umordnung verwendet werden
können.
-
Der Quasi-TEM-Übertragungsleitung-Resonator 2, der oben beschrieben worden ist,
ist z. B. mit einem Computer 3 verbunden, der seinerseits mit einer Sortiervorrichtung 4
verbunden ist, wobei die Operation dieser Anordnung im folgenden beschrieben wird. Die
Konstruktion der Sortiervorrichtung 4 kann irgendeinem bekannten Typ entsprechen und
wird hier nicht beschrieben.
-
Zuerst werden die Furnierplatten mit hoher Dichte und somit guter Festigkeit in der
Vorrichtung 1 mittels des Sensors 2, des Computers 3 und der Sortiervorrichtung 4 als
Oberflächenfurnierplatten 13a, 13b des mehrschichtigen Holzes 12 aussortiert. Für diese
Oberflächenplatten 13 ist ein Pufferstapel P vorgesehen. Furnierplatten mit besonders
geringer Dichte und somit sehr geringer Festigkeit können optional aus der Produktion als
Abfallmaterial R oder für bestimmte andere Verwendungszwecke entfernt werden. Die
übrigen akzeptierten Furnierplatten werden als Zentralplatten 14 in mehrschichtigem Holz 12
angeordnet, insbesondere so, daß die mittlere Dichte von genau darunterliegenden
Zentralplatten 14 im mehrschichtigen Holz 12 über die Länge des mehrschichtigen Holzes, d. h. in
Fügerichtung D4, auf der Grundlage der gemessenen Dichten und somit der Festigkeiten
unverändert bleibt. Wenn somit z. B. die Dichte und Festigkeit der Furnierplatte 14a sehr
gering ist, müssen beide Dichten der Furnierplatten 14b, 14c an diesem Punkt sehr hoch
sein, oder eine der Dichten muß besonders hoch sein, damit die mittlere Dichte und somit
die Festigkeit dieser drei Furnierplatten der gesamten mittleren Dichte der zentralen
Furnierplatten gleicht.
-
Gemäß der Erfindung wird diese Sortierung und Anordnung der Furnierplatten
vorteilhaft in der in Fig. 1 dargestellten Weise durchgeführt. Zuerst werden die
Furnierplatten mit ausreichender Dichte und Festigkeit, um als Oberflächenplatten zu dienen, sortiert
mit der Übertragung D2 mittels des Sensors 2 und der Sortiervorrichtung 4 zu einem Stapel
P, der einen Pufferstapel bildet, von wo sie mit der Übertragung D3 zur Zusammenfügung
des mehrschichtigen Holzes 12 als Oberflächenplatten 13 befördert werden. Platten, die als
Zentralplatten 14 vorgesehen sind, werden von der Sortiervorrichtung 4 mit der
Übertragung D2 in wenigstens zwei, vorzugsweise jedoch drei Stapel A, B und C befördert, die den
Zentralplattenpufferstapel bilden. Die Furnierplatte, deren Dichte gemessen worden ist,
gelangt von der Bahn 5 mit der Sortiervorrichtung 4 zum entsprechenden Stapel A, B, C, wo
sie den mitlaufenden Mittelwert dieser Platten in diesem Stapel in einen Wert umsetzt, der
dichter am Gesamtmittelwert aller als Zentralplatten 14 gedachten Platten liegt. Wenn z. B.
Furnierplatten mit relativ geringer Dichte gerade im Stapel C mittels dieses Mechanismus
gestapelt worden sind, wird die Furnierplatte, die anschließend mit einer relativ hohen
Dichte erfaßt worden ist, zu diesem Stapel befördert, wie mit dem durchgezogenen Pfeil in
der Figur gezeigt ist, wodurch die Dichte über eine gegebene Distanz des Stapels im Mittel
unverändert bleibt, d. h. sie verharrt auf dem Mittelwert.
-
Genauer können die verwendeten Mittelwerte und die Berechnung des mitlaufenden
Mittelwertes entsprechend
der Situation verändert werden, um das günstigste Ergebnis zu
erhalten. Außerdem können der Gesamtmittelwert der obenerwähnten Plattendichten, der
gemeinsame mitlaufende Mittelwert der Stapel A, B, C, der jeweils für die entsprechende
Plattenzahl berechnet worden ist, als der Mittelwert genommen werden, auf den durch die
Übertragung der Furnierplatten vom Sortierer 4 zu den Stapeln A, B, C gezielt wird. Diese
Operation kann Probleme in den Fällen vermeiden, in denen die Holzdichte sich im Mittel
über eine etwas längere Periode ändert. Der Mittelwert aller Platten in einem Stapel kann als
mitlaufender Mittelwert des jeweiligen Stapels verwendet werden, der als
Entscheidungskriterium verwendet wird, oder der Mittelwert kann für Platten berechnet werden, die unter
einer gegebenen Anzahl von Furnierplatten zuletzt zugeführt worden sind. Diese Anzahl
kann z. B. die gleiche sein wie die Anzahl der übereinanderliegenden zentralen Platten, die
für das mehrschichtige Holz oder Sperrholz benötigt werden. Im Beispiel der Fig. 1 ist die
Anzahl der Furnierplatten gleich drei. Es kann selbstverständlich eine etwas größere oder
kleinere Anzahl von Furnierplatten als Berechnungsgrundlage für die Furnierplatten
verwendet werden. In diesem Fall kann jede der Furnierplatten, die in der Berechnung
enthalten ist, bei der Ermittelungsberechnung den gleichen Gewichtungswert erhalten. Eine zweite
Option ist, unterschiedliche Gewichtungskoeffizienten bei der Berechnung des mitlaufenden
Mittelwerts zu verwenden, so daß die zuletzt ankommende Furnierplatte den höchsten
Gewichtungskoeffizienten besitzt und mit zunehmend früherer Ankunft der Furnierplatte
am Stapel A, B oder C ihr Gewichtungskoeffizient abnimmt. Somit muß nicht unbedingt
eine spezifische Anzahl genommen werden, sondern es kann eine sehr große Anzahl von
Furnierplatten bei der Berechnung berücksichtigt werden, jedoch mit geringen
Koeffizienten. Es ist offensichtlich, daß eine Kombination der Verfahren zur Berechnung des
mitlaufenden Mittelwerts verwendet werden kann, mit anderen Worten, die Mittelwertsberechnung
enthält eine gegebene Anzahl von letzten Platten mit gleichem hohem
Gewichtungskoeffizient, und Platten die früher angekommen sind und einen deutlich niedrigeren
Gewichtungskoeffizienten aufweisen.
-
Andere Verfahren der Berechnung des mitlaufenden Mittelwerts sind ebenfalls
denkbar.
-
In der Praxis führt der Computer 3 die obenbeschriebene Berechnung aus, da sein
Speicher Daten über den entsprechenden Stapel enthält, zu dem eine Platte befördert
worden ist, sowie den Ortspunkt der Platte in diesem Stapel und die Dichte jeder Platte. Mit
anderen Worten, die mittleren Dichten werden für jeden Stapel A, B, C berechnet, wobei der
Gesamtmittelwert zusätzlich berechnet wird, und die Position der einzelnen Platten auf der
Grundlage aller dieser Daten ermittelt wird.
-
Gemäß der Erfindung können die Furnierplattenstapel A, B, C, P die als Pufferstapel
dienen, verwendet werden, indem z. B. die Platten oben auf die Stapel gelegt werden und die
Platten von dort von unten abgenommen werden für das Zusammenfügen des
mehrschichtigen Holzes oder Sperrholzes. Die Anzahl der übereinander als Zentralplatten 14a, 14b, 14c
des mehrschichtigen Holzes 12 plazierten Furnierplatten wird vorzugsweise von jedem Stapel
genommen. Die Anzahl der Furnierplatten, die vom Stapel genommen wird, kann
selbstverständlich leicht verschieden sein. Da die Furnierplatten 14a, 14b, 14c im Sperrholz und
im mehrschichtigen Holz immer bis zu einem gewissen Ausmaß überlappen, wie in Fig. 1
gezeigt ist, werden nicht immer gleichzeitig drei Platten aufgenommen, sondern
nacheinander in kurzen Intervallen, woraufhin der folgende Stapel behandelt wird durch Aufnehmen
der gleichen Anzahl von Furnierplatten in kurzen Intervallen.
-
Es ist ferner möglich, die Sortierung und Disposition der vermessenen Furnierplatten
mit einem bestimmten anderen Verfahren auszuführen als mit dem, das oben in
Verbindung mit Fig. 1 beschrieben worden ist. Zum Beispiel kann nur ein Pufferstapel verwendet
werden, wobei die im Stapel vorhandenen Furnierplatten oder die ankommenden
Furnierplatten auf der Grundlage der Daten angeordnet werden können, die im Speicher der
Steuervorrichtung 3 verfügbar sind. Es ist ferner möglich, näherungsweise durchschnittliche
Furnierplatten in einem Pufferstapel anzuordnen und leichte und schwere Furnierplatten in
einem zweiten Pufferstapel mit einem mitlaufendem Mittelwert entsprechend dem
Gesamtmittelwert zu sortieren. In solchen Anordnungen müssen die Platten üblicherweise von der
Plattenreihe oder dem Stapel entfernt oder in diesen eingefügt werden. Technisch
gesprochen sind diese Lösungen kaum vorteilhaft, obwohl das Ergebnis theoretisch das gleiche ist
wie bei der obenbeschriebenen Anordnung.
-
Die Meß-, Sortier- und Mittelungsverfahren, die oben beschrieben worden sind,
können auch bei der Produktion von Produkten unterschiedlicher Qualität implementiert
werden.