EP1932642A1 - Verfahren zum Verbinden von Holzteilen - Google Patents

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EP1932642A1
EP1932642A1 EP06025644A EP06025644A EP1932642A1 EP 1932642 A1 EP1932642 A1 EP 1932642A1 EP 06025644 A EP06025644 A EP 06025644A EP 06025644 A EP06025644 A EP 06025644A EP 1932642 A1 EP1932642 A1 EP 1932642A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
frame
contact surfaces
parts
contact surface
wood
Prior art date
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Application number
EP06025644A
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English (en)
French (fr)
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EP1932642B1 (de
Inventor
Beat Bruderer
Peter Eugster
Jörg Vetter
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Fentech AG
Branson Ultraschall Niederlassung der Emerson Technologies GmbH and Co OHG
Original Assignee
Fentech AG
Branson Ultraschall Niederlassung der Emerson Technologies GmbH and Co OHG
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Priority to DE502006006084T priority patent/DE502006006084D1/de
Priority to EP06025644A priority patent/EP1932642B1/de
Priority to PCT/EP2007/010813 priority patent/WO2008071390A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27M—WORKING OF WOOD NOT PROVIDED FOR IN SUBCLASSES B27B - B27L; MANUFACTURE OF SPECIFIC WOODEN ARTICLES
    • B27M3/00—Manufacture or reconditioning of specific semi-finished or finished articles
    • B27M3/0013—Manufacture or reconditioning of specific semi-finished or finished articles of composite or compound articles
    • B27M3/002—Manufacture or reconditioning of specific semi-finished or finished articles of composite or compound articles characterised by oblong elements connected at their ends

Definitions

  • the invention relates to a method for joining wood parts according to the preamble of claim 1.
  • Such methods are used in many fields, especially in the production of frames such as sash or window frame for windows and doors or blinds shutters of frame parts and any other parts and of Components for wooden facades and conservatories from smaller individual parts.
  • a generic method in which, for example, frame parts are first completely painted, in particular, in each case a topcoat, preferably an acrylic paint is applied. Then the topcoat is softened at the contact surfaces of the parts by means of a solvent and finally the Contact surfaces of the parts to be joined pressed against each other, whereupon the topcoat is allowed to harden.
  • This method in principle, considerably facilitates the production of the frames, since only the substantially smaller frame parts have to be painted.
  • the precision requirements in the production of the frame parts in the area of the contact surfaces are very high.
  • the structuring of the contact surfaces by means of grooves and cones may mean that some surfaces cut across the fiber (so-called end grain wood) lie on the surface of the frame, where water can penetrate and cause corrosion.
  • thermosetting material reaches a temperature of 150 ° C to 350 ° C and melts. After a holding time of up to 15 seconds, the thermosetting material is allowed to cure, resulting in a load-bearing connection.
  • duroplastic material for example resin or a polymer such as polyurethane
  • the invention is based on the object to improve the known generic method to the effect that facilitates its execution and the requirements for accuracy in the formation of the wooden parts, in particular their contact surfaces are smaller.
  • the composite component produced by the process should be very resistant to water penetration and corrosion in general.
  • a significant advantage is that only contact surfaces are aligned transversely to the fiber, but which are completely covered, so that no transverse to the fiber surface of one of the wood parts is located on the surface of the component. So there is no so-called end grain at the junction.
  • end grain wood also offers less resistance to mold, blue stain and insects, attacks by these pests are considerably more difficult in the case of components produced by the process according to the invention, so that it may be possible to dispense with the use of environmentally harmful paint additives such as fungicides, insecticides and blueness.
  • the inventive method is used to connect two or more usually elongated wooden parts. It will be further illustrated by the example of the connection of four mitred frame parts to an outer frame, e.g. the frame of a window sash or a frame, explained in which frame parts are simultaneously connected in pairs. However, the possible applications of the method according to the invention go beyond that.
  • Fig. 1 . 2 show frame parts 1a, 1b and 1a-d.
  • the four elongated, lying in a frame plane frame parts 1a-d form a frame 2, which surrounds an opening.
  • Each of the frame parts 1a-d is cut to length from a single wood profile, which may be in one piece or consist of a plurality of parallel sub-profiles which are connected to one another, for example adhesively bonded.
  • the fiber extends in each case substantially in the longitudinal direction.
  • the frame parts 1a-d thus have - apart from two end sections - over their length in each case the same constant cross-sections.
  • each of the frame parts 1a-d is provided with flat contact surfaces 3, 4 which run in miter, in particular perpendicular to the frame plane and obliquely in opposite directions, in particular 45 ° to the longitudinal direction of the respective frame part.
  • the contact surfaces of all frame parts 1a-d are the same in shape and dimensions. They are each transverse - in the present case at 45 °, ie obliquely - aligned to the longitudinal direction of the frame parts 1a-d and thus to the fiber.
  • the frame parts are each completely painted, that is covered with a lacquer layer of primer, primer and topcoat, wherein the Topcoat is cured at least so far that he is touched.
  • the topcoat may be, for example, an acrylic varnish.
  • the frame parts 1a-d are now ( Fig. 2 ) are arranged so that a first contact surface 3 of each of the frame parts 1a, 1b, 1c, 1d each congruent to a second contact surface 4 of the following on the same frame part 1b; 1c; 1d; 1a abuts, beginning with the first contact surface 3 of the first frame part 1a and the second contact surface 4 of the second frame part 1b and ending with the first contact surface 3 of the fourth frame part 1d and the second contact surface 4 of the first frame part 1a.
  • the frame parts 1a-d are attached to pairs of respectively engaging at the end portions brackets 5a-d, in which the frame parts 1a-d, for example by clamping frictionally or positively secured, such that each contact surfaces 3, 4 successive frame parts abut each other ,
  • the brackets 5a-d exert on the frame parts 1a-d an elastic force directed against the center of the frame 2, so that abutting contact surfaces 3, 4 of successive frame parts are pressed together with a welding pressure of up to 3N / mm 2 .
  • the holders 5a-d are then also impressed with translatory oscillations during a welding phase which are transmitted to the respective frame part.
  • the vibrations are in each case coordinated so that the abutting contact surfaces 3, 4 successive frame parts each relative to one another a certain vibration direction, which is parallel to the contact surfaces, perform the following cyclic Reibschwingung, ie the contact surfaces rub against each other.
  • This will be vibrations with frequencies below 500Hz, preferably between 100Hz and 240Hz used with amplitudes between 0.2mm and 3mm.
  • the two brackets that engage a frame part for example, the brackets 5a on the frame part 1a, are usually offset by separate drives in vibration. However, the drives are tuned to each other in terms of frequency and amplitude, and preferably also in terms of phase.
  • the welding pressure and the friction vibrations are maintained over a welding time of between 0.2s and 10s. Because of the relatively low frequencies, heat is not generated to any significant extent at the locations where the respective frame part is held, so that no softening of the topcoat occurs. Because of the orientation of the frictional vibrations of the contact surfaces parallel to the same but relatively large amplitudes can be selected so that at the contact surfaces by friction between them quickly relatively much heat is released.
  • the topcoat is melted in such a way that in case of deviations of the contact surfaces of the ideal geometry -. due to uneven layer thickness of the paint - where there is an excess, a stronger melting takes place. This automatically compensates for deviations, which reduces the accuracy requirements and allows larger tolerances.
  • the vibrations of the holders 5a-d are terminated at the same time and at most maintain a holding pressure during a holding time of up to 10 seconds, which preferably corresponds to the welding pressure equivalent. Subsequently, the compounds are sufficiently strong and the brackets 5a-d are released and the frame 2 removed. Finally, the topcoat is allowed to cure completely, which may take 48 hours, for example.
  • the vibrations of the pairs of brackets 5a-d can, as in Fig. 2 indicated, aligned and tuned so that the frame parts 1a-d each perform about a sine following vibrations of equal frequencies and amplitudes in the longitudinal direction, with tuning their phases such that when the overhead first frame part 1a moves to the left, the left second Frame part 1b moves down, the underlying third frame part 1c to the right and the right fourth frame part 1d upwards.
  • the holders 5a-d to be moved so that the frame parts 1a-d are each subjected to translational vibrations in the frame plane perpendicular to the longitudinal direction.
  • the oscillations which in turn are of equal frequency and amplitude, must be adjusted in phase so that the upper frame part 1a and the lower frame part 1c oscillate against each other, ie both move towards or away from the frame center, and likewise the two lateral frame parts 1b, 1d.
  • the lateral frame parts 1b, 1d must each move towards them and vice versa.
  • the holders 5a-d as in Fig. 4 indicated in each case impose a perpendicular to the frame plane aligned vibration. Again the vibrations have equal frequencies and amplitudes.
  • the phases are chosen so that the directions of movement of the upper frame part 1a and the lower frame part 1c match, as well as the directions of movement of the lateral frame parts 1b, 1d.
  • the direction of movement of the last-mentioned pair of frame parts 1b, 1d is always opposite that of the first-mentioned pair of frame parts 1a, 1c, so that the relative movements of the abutting contact surfaces 3, 4 are each maximum.
  • the amplitudes of the vibrations of the frame parts 1a-d must therefore be smaller by a factor of 1/2 than that of the frictional vibrations of the contact surfaces.
  • the two holders swing with different phase, for example, each with a phase shift of 180 °, so that the corresponding frame part as a whole performs a rotational movement, for example, about its center of gravity, while the friction vibrations of the contact surfaces are practically translational.
  • the described procedures can be carried out with slight deviations even if the miter deviates from 45 °.
  • the amplitudes must be adjusted and selected differently in the basic versions in the lateral frame parts 1b, 1d than in the upper frame part 1a and the lower frame part 1c. They may also be mounted on frames of more than four frame parts, e.g. hexagonal or octagonal frames are applied.
  • the direction of oscillation may be located in the appropriate plane and does not need to be constant.
  • other non-translatory vibrations can be selected, e.g. in that the individual holders oscillate non-translationally and the corresponding contact surfaces have a corresponding, e.g.
  • the contact surfaces may also be structured, e.g. such that they are translation invariant in one direction only. In this case, the direction of oscillation must correspond to this direction.
  • Fig. 5 An example of such contact surfaces is Fig. 5 refer to.
  • the frame 2 is additionally provided with a central vertical strut 6 which is connected to the upper frame part 1a and the lower frame part 1c, respectively.
  • the contact surface 3 '( Fig. 6 ) on the upper frame part 1a and the contact surface 4 'at the upper end of the strut 6 are thereby congruent, such that they are translation invariant in the longitudinal direction of the frame part 1a.
  • the contact surface 3 ' is simply formed by a part of the inner surface of the frame part 1 a and is in each case parallel to the fiber, while the contact surface 4' of the strut 6 is at the end and perpendicular to the longitudinally extending fiber.
  • the contact surface 4 'of the strut 6 is set to produce the connection with respect to the contact surface 3' of the frame part 1a in a frictional vibration which is parallel to the longitudinal direction of the latter.
  • the connection between the frame part 1c and the strut 6 is made.
  • the attachment of the strut 6 can take place after the production of the connections between the frame parts 1a-d, but it may also be possible to make them simultaneously.
  • the frame parts 1a-d as in connection with Fig. 2 connected, so the strut 6 can be pressed against the frame parts 1a, 1c and held stationary at the same time.
  • a transverse strut 7 can then be connected in a separate operation in the same way with the frame part 1d and the strut 6.
  • several such cross struts can be attached at the same time.
  • a particular aesthetic effect can be achieved if the frame parts 1a-d are sequentially cut from a profile 8 and then connected to a frame 2, that they follow each other in the same order and corresponding orientation. For this purpose, only where then the corners of the frame 2 should come to rest, appropriate angle pieces 9 are sawn out of the profile 8 or -gefract. The grain then runs through at the corners essentially. Only at one corner - in Fig. 8 bottom left - this is not the case since there the meet opposite ends of the profile 8. Of course, the aesthetic effect only occurs if the grain remains visible. This is certainly the case when the lacquer layer is transparent, in particular colorless.
  • the frame 2 is therefore very well protected and it can hardly penetrate water into the wood and also an approach of mold or blueness or attack by insects is very difficult, so too especially environmentally friendly paints which contain no insecticides, fungicides and blueness.

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Abstract

Holzteile wie z-B- Rahmenteile (1a, 1b, 1c, 1d) werden in Gehrung geschnitten und lackiert, wobei als Decklack z.B. Acryllack verwendet wird. Sie werden zu einem Rahmen (2) verbunden, indem quer zur Faser verlaufende ebene Kontaktflächen (3, 4) aufeinanderfolgender Rahmenteile mit einem Schweissdruck von z.B. 1N/mm 2 aneinandergedrückt und dann den Rahmenteilen (1a, 1b, 1c, 1d) Schwingungen aufgeprägt werden, derart, dass aneinander änliegende Kontaktflächen (3, 4) jeweils während 2s relativ zueinander eine reibende Reibschwingung mit einer Frequenz von z.B. 240Hz und einer Amplitude von 1mm ausführen, sodass der Decklack aufgeschmolzen und dann während z.B. 4s ein Haltedruck aufrechterhalten, welcher vorzugsweise dem Schweissdruck entspricht. So wird eine Verbindung hergestellt, bei welcher kein Hirnholz freiliegt und damit das Eindringen von Wasser sehr erschwert ist.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Holzteilen gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Verfahren werden auf vielen Gebieten angewandt, insbesondere bei der Herstellung von Rahmen wie Flügel- oder Blendrahmen für Fenster und Türen oder von Jalousienläden aus Rahmenteilen und allfälligen weiteren Teilen sowie von Bauteilen für Holzfassaden und Wintergärten aus kleineren Einzelteilen.
    • Stand der Technik
  • Herkömmlich werden etwa zur Herstellung eines Flügelrahmens vier Rahmenteile innenseitig fertigbearbeitet, dann verleimt, d.h. die Kontaktflächen mit Leim bestrichen, verpresst und anschliessend ausgetretener Leim abgeputzt und der Rahmen nach abschliessender Bearbeitung der Aussenseite lackiert. Dabei werden gewöhnlich eine Grundierung, ein Vorlack und ein Decklack aufgebracht. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig. Die Rahmen müssen ausserdem im Ganzen lackiert werden, was ihre Handhabung dabei erschwert und entsprechend dimensionierte Anlagen erfordert.
  • Aus der EP 0 738 570 A1 ist ein gattungsgemässes Verfahren bekannt, bei dem z.B. Rahmenteile zuerst vollständig lackiert werden, insbesondere auch jeweils ein Decklack, vorzugsweise ein Acryllack, aufgebracht wird. Dann wird der Decklack an den Kontaktflächen der Teile mittels eines Lösungsmittels aufgeweicht und schliesslich die Kontaktflächen der zu verbindenden Teile gegeneinandergepresst, worauf man den Decklack aushärten lässt. Dieses Verfahren erleichtert im Prinzip die Herstellung der Rahmen beträchtlich, da nur die wesentlich kleineren Rahmenteile lackiert werden müssen. Da aber nur eine sehr dünne Aussenschicht des Decklacks aufgeweicht wird, sind die Anforderungen an die Präzision bei der Herstellung der Rahmenteile im Bereich der Kontaktflächen sehr hoch. Die Strukturierung der Kontaktflächen durch Nuten und Zapfen hat u.U. zur Folge, dass z.T. quer zur Faser geschnittene Flächen (sog. Hirnholz) an der Oberfläche des Rahmens liegen, an denen Wasser eindringen und Korrosion einsetzen kann.
  • Es sind auch verschiedene Verfahren zum Verbinden von Teilen aus Holz und anderen Materialien bekannt, bei denen zwischen den Kontaktflächen der Holzteile ein schmelzbares Bindemittel angeordnet wird und dann eines der Teile einer Schwingung unterworfen wird, welche sich auf das Bindemittel überträgt und es aufschmilzt, sodass es bei seiner anschliessenden Wiederverfestigung eine haltbare Verbindung herstellt.
  • So ist aus der WO 96/01 377 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem zwei Holzteile verbunden werden, indem zwischen ebenen Kontaktflächen derselben eine Schicht aus thermoplastischem Material angeordnet und die Kontaktflächen gegeneinandergepresst und dann eines der Teile einer senkrecht zu den Kontaktflächen gerichteten translatorischen Schwingung im Ultraschallbereich, z.B. mit 20kHz und einer Amplitude von ca. 0,06mm, unterworfen wird, wodurch das thermoplastische Material aufgeweicht wird. Es ist zwar erwähnt, dass auch z.B. mit Acryllack lackierte Teile auf diese Weise verbunden werden können, doch dürfte die Verbindung im wesentlichen vollständig lackierter Teile problematisch sein, da an der Stelle oder den Stellen, an denen die Schwingung auf das Holzteil übertragen wird, z.B. indem eine Sonotrode angesetzt wird, eine Aufweichung des Lacks eintreten dürfte. Es wird daher in diesem Fall eine Lackierung oder wenigstens eine Nachbearbeitung des zusammengesetzten Bauteils nicht zu vermeiden sein.
  • Aus der WO 03/052 017 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem zwei Teile aus Holz oder holzähnlichen Materialien verbunden werden, indem zwischen ebenen Kontaktflächen derselben duroplastisches Material, z.B. Harz oder ein Polymer wie Polyurethan angeordnet wird und das eine Teil während einer Schweisszeit von zwischen 0,5s und 20s einer zu den Kontaktflächen parallelen translatorischen, rotatorischen oder kreisenden Reibschwingung mit einer Frequenz von zwischen 40Hz und 200Hz und einer Amplitude von zwischen 0,5mm und 2mm unterworfen wird, sodass das duroplastische Material eine Temperatur von 150°C bis 350°C erreicht und schmilzt. Nach einer Haltezeit von bis zu 15s lässt man das duroplastische Material aushärten, wodurch eine belastbare Verbindung entsteht.
  • Es sind auch verschiedene Verfahren bekannt, bei denen Rahmenteile aus Kunststoff oder einem Verbundstoff aus Kunststoff und Holzfasern durch Reiben zweier ebener Kontaktflächen aneinander dort aufgeweicht und verschweisst werden.
  • So ist es aus US 5 902 657 A und US 6 103 035 A bekannt, vier Rahmenteile, die aus einem Verbundstoff aus Holzfasern und PVC bestehen, zu verbinden, indem deren in Gehrung verlaufende ebene Kontaktflächen gegeneinandergepresst und relativ zueinander einer Reibschwingung mit einer Frequenz von zwischen 50Hz und 500Hz, z.B. 200Hz unterworfen werden, sodass sie aneinander reiben. Die Reibungswärme bewirkt eine Aufweichung des Verbundstoffs an den Kontaktflächen, die zum Verschweissen der Rahmenteile führt.
  • Aehnliche Verfahren zum Verbinden von Rahmenteilen aus Kunststoff sind aus WO 01/12 421 A1 und WO 2005/009 664 bekannt. Dort werden Halterungen, in welchen die Rahmenteile eingespannt sind, durch Exzenterwellen in Schwingungen versetzt, die je nach relativer Phase und gegebenenfalls Achsversatz zu einer linearen oder kreisenden Reibschwingung der ebenen Kontaktflächen relativ zueinander führt, die dadurch aufgeheizt werden. Die Frequenzen liegen dabei zwischen 15Hz und 500Hz, die Amplituden bei einigen Millimetern.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das bekannte gattungsgemässe Verfahren dahingehend zu verbessern, dass seine Ausführung erleichtert und die Anforderungen an die Genauigkeit bei der Formung der Holzteile, insbesondere ihrer Kontaktflächen geringer sind. Ausserdem soll das durch das Verfahren hergestellte zusammengesetzte Bauteil sehr resistent gegen das Eindringen von Wasser und gegen Korrosion im allgemeinen sein.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Die Verbindung zwischen den Holzteilen ist nicht nur sehr leicht herstellbar und das so hergestellte Bauteil praktisch fertig, sodass insbesondere keine Lackierung desselben mehr erforderlich ist, sie ist auch bei nicht ganz präzise aufeinander abgestimmten Kontaktflächen zuverlässig und belastbar.
  • Ein wesentlicher Vorteil liegt darin, dass lediglich Kontaktflächen quer zur Faser ausgerichtet sind, welche aber vollständig bedeckt sind, sodass keine quer zur Faser gerichtete Fläche eines der Holzteile an der Oberfläche des Bauteils liegt. Es liegt also an der Verbindungsstelle kein sogenanntes Hirnholz frei.
  • Eindringen von Wasser, das bei im Aussenbereich eingesetzten Bauteilen aus Holz ein grosses Problem darstellt, beginnt meistens am Hirnholz. Dies ist aber bei mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Bauteilen doppelt erschwert, da das Hirnholz von einer Lackschicht bedeckt und wasserdicht gekapselt und ausserdem durch die Anlage an einer Kontaktfläche eines weiteren Holzteils verdeckt und geschützt ist. Auch Holzteile, vor allem Rahmenteile von Blend- und Flügelrahmen usw. für den Aussenbereich können deshalb in Gehrung - schräg zur Längsrichtung und damit zur Faser - geschnitten und verbunden werden, was bisher wegen der Gefahr ungleicher Schwindung an den Kontaktflächen beim Eindringen von Wasser und dadurch verursachtes Verziehen des Bauteils nicht tunlich war. Gerade bei in Gehrung verlaufenden Kontaktflächen tritt jedoch bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens eine zuverlässige Kapselung des Hirnholzes ein, sodass ein Eindringen von Wasser verhindert wird.
  • Da Hirnholz auch Schimmel, Bläue und Insekten weniger Widerstand bietet, sind bei mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Bauteilen auch Angriffe dieser Schädlinge wesentlich erschwert, sodass u.U. auch auf den Einsatz von umweltschädlichen Lackzusätzen wie Fungiziden, Insektiziden und Bläuewidrigkeit verzichtet werden kann.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert.
    Es zeigen
    • Fig. 1
    perspektivische Teilansichten zweier Rahmenteile, einmal vor der Verbindung und einmal nach derselben,
    Fig. 2
    schematisch eine Draufsicht auf einen Rahmen mit vier Rahmenteilen während einer Schweissphase des erfindungsgemässen Verfahrens gemäss einer ersten Ausführungsform,
    Fig. 3
    eine Darstellung entsprechend Fig. 2 während einer Schweissphase des erfindungsgemässen Verfahrens gemäss einer zweiten Ausführungsform und
    Fig. 4
    eine Darstellung entsprechend Fig. 2 während einer Schweissphase des erfindungsgemässen Verfahrens gemäss einer dritten Ausführungsform,
    Fig. 5
    schematisch eine Draufsicht auf einen Rahmen mit weiteren Rahmenteilen,
    Fig. 6
    vergrössert einen Schnitt VI-VI in Fig. 5,
    Fig. 7
    eine Draufsicht auf ein Holzprofil und
    Fig. 8
    schematisch eine Draufsicht auf einen Rahmen, hergestellt aus Rahmenteilen, welche aus dem Holzprofil von Fig. 7 geschnitten sind.
    Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Das erfindungsgemässe Verfahren dient zur Verbindung von zwei oder mehreren meist länglichen Holzteilen. Es wird im weiteren am Beispiel der Verbindung von vier in Gehrung aneinanderstossenden Rahmenteilen zu einem Rahmen für den Aussenbereich, z.B. den Rahmen eines Fensterflügels oder einen Blendrahmen, erläutert, bei welchem Rahmenteile gleichzeitig paarweise miteinander verbunden werden. Die Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemässen Verfahrens gehen jedoch darüber hinaus.
  • Fig. 1, 2 zeigen Rahmenteile 1a, 1b bzw. 1a-d. Die vier länglichen, in einer Rahmenebene liegenden Rahmenteile 1a-d bilden einen Rahmen 2, der eine Oeffnung umgibt. Jeder der Rahmenteile 1a-d ist aus einem einzigen Holzprofil abgelängt, das einstückig sein oder aus mehreren parallelen Teilprofilen, die miteinander verbunden, z.B. verklebt sind, bestehen kann. Dabei verläuft die Faser jeweils im wesentlichen in Längsrichtung. Die Rahmenteile 1a-d weisen somit - von zwei Endpartien abgesehen - über ihre Länge jeweils gleichbleibende gleiche Querschnitte auf. An den Endpartien ist jeder der Rahmenteile 1a-d mit ebenen Kontaktflächen 3, 4 versehen, welche in Gehrung verlaufen, insbesondere senkrecht zur Rahmenebene und gegensinnig schräg, insbesondere 45° zur Längsrichtung des jeweiligen Rahmenteils ausgerichtet sind. Die Kontaktflächen aller Rahmenteile 1a-d sind nach Form und Abmessung gleich. Sie sind jeweils quer - im vorliegenden Fall unter 45°, also schräg - zur Längsrichtung der Rahmenteile 1a-d und damit zur Faser ausgerichtet. Die Rahmenteile sind jeweils vollständig lackiert, d.h. mit einer Lackschicht aus Grundierung, Vorlack und Decklack bedeckt, wobei der Decklack mindestens so weit ausgehärtet ist, dass er griffest ist. Der Decklack kann z.B. ein Acryllack sein.
  • Die Rahmenteile 1a-d werden nun (Fig. 2) so angeordnet, dass eine erste Kontaktfläche 3 eines jeden der Rahmenteile 1a, 1b, 1c, 1d jeweils deckungsgleich an einer zweiten Kontaktfläche 4 des auf denselben folgenden Rahmenteils 1b; 1c; 1d; 1a anliegt, beginnend mit der ersten Kontaktfläche 3 des ersten Rahmenteils 1a und der zweiten Kontaktfläche 4 des zweiten Rahmenteils 1b und endend mit der ersten Kontaktfläche 3 des vierten Rahmenteils 1d und der zweiten Kontaktfläche 4 des ersten Rahmenteils 1a.
  • Dazu werden die Rahmenteile 1a-d an Paaren von jeweils an den Endbereichen angreifenden Halterungen 5a-d befestigt, in welchen die Rahmenteile 1a-d z.B. durch Klemmen reibschlüssig oder auch formschlüssig festgehalten sind, derart, dass jeweils Kontaktflächen 3, 4 aufeinanderfolgender Rahmenteile aneinander anliegen. Vorzugsweise üben die Halterungen 5a-d auf die Rahmenteile 1a-d eine gegen die Mitte des Rahmens 2 gerichtete elastische Kraft aus, sodass aneinander anliegende Kontaktflächen 3, 4 aufeinanderfolgender Rahmenteile mit einem Schweissdruck von bis zu 3N/mm2 aneinandergedrückt werden. Durch geeignete elektrische Antriebe werden dann während einer Schweissphase den Halterungen 5a-d ausserdem translatorische Schwingungen aufgeprägt, die sich auf das jeweilige Rahmenteil übertragen. Die Schwingungen werden dabei jeweils so aufeinander abgestimmt, dass die aneinander anliegenden Kontaktflächen 3, 4 aufeinanderfolgender Rahmenteile jeweils relativ zueinander eine einer bestimmten Schwingungsrichtung, die zu den Kontaktflächen parallel ist, folgende zyklische Reibschwingung ausführen, d.h. die Kontaktflächen reiben aneinander. Dabei werden Schwingungen mit Frequenzen unter 500Hz, vorzugsweise zwischen 100Hz und 240Hz eingesetzt mit Amplituden zwischen 0,2mm und 3mm. Die beiden Halterungen, die an einem Rahmenteil angreifen, z.B. die Halterungen 5a am Rahmenteil 1a, werden dabei in der Regel von separaten Antrieben in Schwingungen versetzt. Die Antriebe sind jedoch hinsichtlich der Frequenz und der Amplitude und vorzugsweise auch hinsichtlich der Phase aufeinander abgestimmt.
  • Der Schweissdruck und die Reibschwingungen werden über eine Schweisszeit von zwischen 0,2s und 10s aufrechterhalten. Wegen der verhältnismässig niedrigen Frequenzen wird an den Stellen, wo das jeweilige Rahmenteil gehaltert ist, nicht in nennenswertem Ausmass Wärme erzeugt, sodass keine Aufweichung des Decklacks auftritt. Wegen der Ausrichtung der Reibschwingungen der Kontaktflächen parallel zu denselben können aber verhältnismässig grosse Amplituden gewählt werden, sodass an den Kontaktflächen durch Reibung zwischen denselben rasch verhältnismässig viel Wärme frei wird.
  • Dadurch wird der Decklack aufgeschmolzen, und zwar derart, dass bei Abweichungen der Kontaktflächen von der idealen Geometrie - z.B. wegen ungleichmässiger Schichtdicke des Lacks - dort, wo ein Ueberschuss vorhanden ist, eine stärkere Aufschmelzung eintritt. Dadurch ergibt sich von selbst ein Ausgleich von Abweichungen, was die Anforderungen an die Genauigkeit herabsetzt und grössere Toleranzen erlaubt.
  • Am Ende der Schweissphase werden die Schwingungen der Halterungen 5a-d gleichzeitig beendet und allenfalls während einer Haltezeit von bis zu 10s ein Haltedruck aufrechterhalten, der vorzugsweise dem Schweissdruck entspricht. Anschliessend sind die Verbindungen hinreichend fest und die Halterungen 5a-d werden gelöst und der Rahmen 2 entnommen. Schliesslich lässt man den Decklack vollständig aushärten, was z.B. 48h dauern kann.
  • Die Schwingungen der Paare von Halterungen 5a-d können, wie in Fig. 2 angedeutet, so ausgerichtet und abgestimmt werden, dass die Rahmenteile 1a-d jeweils etwa einem Sinus folgende Schwingungen gleicher Frequenzen und Amplituden in Längsrichtung ausführen, mit Abstimmung ihrer Phasen derart, dass, wenn sich der obenliegende erste Rahmenteil 1a nach links bewegt, der linke zweite Rahmenteil 1b sich nach unten, der untenliegende dritte Rahmenteil 1c nach rechts und der rechte vierte Rahmenteil 1d nach oben bewegt.
  • Es ist aber auch möglich (Fig. 3), die Halterungen 5a-d so zu bewegen, dass die Rahmenteile 1a-d jeweils translatorischen Schwingungen in der Rahmenebene senkrecht zur Längsrichtung unterworfen werden. In diesem Fall müssen die Schwingungen, die wiederum von gleicher Frequenz und Amplitude sind, hinsichtlich ihrer Phasen so abgestimmt werden, dass das obere Rahmenteil 1a und das untere Rahmenteil 1c gegeneinander schwingen, d.h. sich jeweils beide gegen die Rahmenmitte oder von ihr weg bewegen, und desgleichen die beiden seitlichen Rahmenteile 1b, 1d. Wenn sich die erstgenannten Rahmenteile 1a, 1c von der Rahmenmitte weg bewegen, müssen sich die seitlichen Rahmenteile 1b, 1d jeweils auf sie zu bewegen und umgekehrt. Neben dieser Grundversion ist es auch möglich, z.B. das erste Rahmenteil 1a unbeweglich zu fixieren und die seitlichen Rahmenteile 1b, 1d zu den Kontaktflächen 3; 4 desselben parallele Schwingungen ausführen zu lassen, deren Amplitude derjenigen der Reibschwingung der Kontaktflächen entspricht und dem dritten Rahmenteil 1c eine Schwingung mit um einen Faktor √2 grösserer Amplitude aufzuprägen.
  • Eine weitere Möglichkeit liegt darin, den Halterungen 5a-d, wie in Fig. 4 angedeutet, jeweils eine senkrecht zur Rahmenebene ausgerichtete Schwingung aufzuprägen. Wiederum haben die Schwingungen gleiche Freqenzen und Amplituden. Die Phasen werden dabei so gewählt, dass die Bewegungsrichtungen des oberen Rahmenteils 1a und des unteren Rahmenteils 1c übereinstimmen, desgleichen die Bewegungsrichtungen der seitlichen Rahmenteile 1b, 1d. Die Bewegungrichtung des zuletzt genannten Paares von Rahmenteilen 1b, 1d ist dabei aber der des erstgenannten Paares von Rahmenteilen 1a, 1c stets entgegengesetzt, sodass die Relativbewegungen der aneinander anliegenden Kontaktflächen 3, 4 jeweils maximal sind. Die Amplituden der Schwingungen der Rahmenteile 1a-d müssen daher um einen Faktor 1/2 kleiner sein als diejenige der Reibschwingungen der Kontaktflächen. Auch hier ist es neben dieser Grundversion natürlich möglich, etwa das obere Rahmenteil 1a und das untere Rahmenteil 1c zu fixieren und dafür die Amplituden der Bewegungen der seitlichen Rahmenteile 1b, 1d zu verdoppeln, sodass sie den gewünschten Amplituden der Reibschwingung der Kontaktflächen entsprechen.
  • Bei diesen Verfahren sind die Bewegungen der beiden an einem Rahmenteil angreifenden Halterungen - etwa der am Rahmenteil 1a angreifenden Halterungen 5a - jeweils von gleicher Frequenz und Amplitude und auch in Phase, sodass die Rahmenteile 1a-d jeweils rein translatorische Reibschwingungen ausführen. Insbesondere bei der im Zusammenhang mit Fig. 4 geschilderten Möglichkeit ist jedoch auch eine Variante möglich, bei denen die beiden Halterungen mit unterschiedlicher Phase schwingen, z.B. jeweils mit einer Phasenverschiebung von 180°, sodass das entsprechende Rahmenteil als Ganzes eine rotatorische Bewegung z.B. um seinen Schwerpunkt ausführt, während die Reibschwingungen der Kontaktflächen praktisch translatorisch sind.
  • Die beschriebenen Verfahrensweisen können mit geringen Abweichungen auch dann ausgeführt werden, wenn die Gehrung von 45° abweicht. In diesem Fall müssen bei der ersten und der zweiten Ausführungsform die Amplituden angepasst und in den Grundversionen bei den seitlichen Rahmenteilen 1b, 1d anders gewählt werden als beim oberen Rahmenteil 1a und dem unteren Rahmenteil 1c. Sie können auch auf Rahmen aus mehr als vier Rahmenteilen, z.B. sechs- oder achteckige Rahmen angewandt werden. Im übrigen kann bei ebenen Kontaktflächen die Schwingungsrichtung beliebig in der entsprechenden Ebene liegen und braucht auch nicht konstant zu sein. So können auch andere, nicht translatorische Schwingungen gewählt werden, z.B. indem die einzelnen Halterungen nichttranslatorisch schwingen und den entsprechenden Kontaktflächen eine entsprechende, z.B. einer Kreisbahn folgende Reibschwingung aufprägen oder indem translatorische Schwingungen zu verbindender Teile entsprechend phasenverschoben sind. Andererseits können die Kontaktflächen auch strukturiert sein, z.B. so, dass sie nur in einer Richtung translationsinvariant sind. In diesem Fall muss die Schwingungsrichtung dieser Richtung entsprechen.
  • Ein Beispiel für solche Kontaktflächen ist Fig. 5 zu entnehmen. Hier ist der Rahmen 2 zusätzlich mit einer mittigen vertikalen Strebe 6 versehen, welche jeweils mit dem oberen Rahmenteil 1a und dem unteren Rahmenteil 1c verbunden ist. Die Kontaktfläche 3' (Fig. 6) am oberen Rahmenteil 1a und die Kontaktfläche 4' am oberen Ende der Strebe 6 sind dabei deckungsgleich gestuft, derart, dass sie in Längsrichtung des Rahmenteils 1a translationsinvariant sind. Die Kontaktfläche 3' wird dabei einfach von einem Teil der Innenfläche des Rahmenteils 1a gebildet und ist jeweils parallel zur Faser, während die Kontaktfläche 4' der Strebe 6 an deren Ende liegt und senkrecht zu deren in Längsrichtung verlaufender Faser ist.
  • Die Kontaktfläche 4' der Strebe 6 wird zur Herstellung der Verbindung gegenüber der Kontaktfläche 3' des Rahmenteils 1a in eine Reibschwingung versetzt, die zur Längsrichtung des letzteren parallel ist. In gleicher Weise wird die Verbindung zwischen dem Rahmenteil 1c und der Strebe 6 hergestellt. Die Anbringung der Strebe 6 kann nach der Herstellung der Verbindungen zwischen den Rahmenteilen 1a-d erfolgen, doch ist es u.U. auch möglich, sie gleichzeitig vorzunehmen. Werden etwa die Rahmenteile 1a-d wie im Zusammenhang mit Fig. 2 geschildert verbunden, so kann zugleich die Strebe 6 gegen die Rahmenteile 1a, 1c gepresst und ortsfest gehalten werden. Eine Querstrebe 7 kann dann in einem separaten Arbeitsgang in gleicher Weise mit dem Rahmenteil 1d und der Strebe 6 verbunden werden. Es können natürlich auch mehrere solcher Querstreben gleichzeitig angebracht werden.
  • Eine besondere ästhetische Wirkung kann erzielt werden, wenn die Rahmenteile 1a-d aufeinanderfolgend aus einem Profil 8 geschnitten und dann derart zu einem Rahmen 2 verbunden werden, dass sie in gleicher Reihenfolge und entsprechender Ausrichtung aufeinanderfolgen. Dazu müssen lediglich dort, wo dann die Ecken des Rahmens 2 zu liegen kommen sollen, entsprechende Winkelstücke 9 aus dem Profil 8 herausgesägt oder -gefräst werden. Die Maserung läuft dann an den Ecken im wesentlichen durch. Lediglich an einer Ecke - in Fig. 8 links unten - ist dies nicht der Fall, da dort die entgegengesetzten Enden des Profils 8 aufeinandertreffen. Die ästhetische Wirkung tritt natürlich nur dann ein, wenn die Maserung sichtbar bleibt. Dies ist sicher dann der Fall, wenn die Lackschicht durchsichtig, insbesondere farblos ist.
  • Ein Beispiel für eine Wahl von Parametern für die oben beschriebenen Verfahren, die sich als günstig erwiesen hat, ist:
    Frequenz: 240Hz
    Amplitude: 1mm
    Schweissdruck: 1N/mm2
    Schweisszeit: 2s
    Haltezeit: 4s
    Haltedruck: 1N/mm2
  • Im allgemeinen kann die Schweisszeit umso niedriger gewählt werden, je höher Frequenz und Amplitude sind, da die erforderliche Wärme dann rascher freigesetzt wird. Es hat sich aber gezeigt, dass Schweisszeiten, die wesentlich unter 2s liegen, im allgemeinen nicht zuverlässig zu befriedigenden Resultaten führen.
  • Beim fertiggestellten Rahmen 2 bedecken einander die schräg zur Faser ausgerichteten Kontaktflächen 3, 4 aufeinanderfolgender Rahmenteile jeweils ohne Rest, sodass lediglich Längsholz, aber kein Hirnholz freiliegt. Dies gilt gegebenenfalls auch für die Kontaktflächen der Strebe 6 (Fig. 5, 6) wie die Kontaktfläche 4', die vollständig an der Kontaktfläche 3' am Rahmenteil 1a anliegt. Der Rahmen 2 ist daher sehr gut geschützt und es kann kaum Wasser in das Holz eindringen und auch ein Ansatz von Schimmel oder Bläue oder ein Angriff von Insekten ist sehr erschwert, sodass auch besonders umweltfreundliche Lacke in Frage kommen, die keine Insektizide, Fungizide und Bläuewidrigkeit enthalten.
  • Aehnliche Vorteile können auch in anderen Fällen mit dem erfindungsgemässen Verfahren erreicht werden. So können z.B. Holzteile gerade aneinander anschliessen, wobei die wiederum deckungsgleich aneinander anliegenden Kontaktflächen wieder jeweils quer zur Faser ausgerichtet sind. Dabei ist neben einer Ausrichtung schräg zur Faser in diesem Fall auch eine Ausrichtung senkrecht zur Faser möglich. Freilich ist ersteres in der Regel günstiger, da die Kontaktflächen grösser sind.
    • Bezugszeichenliste
  • 1a,b,c,d Rahmenteile
    2 Rahmen
    3, 3', 4, 4' Kontaktflächen
    5a,b,c,d Halterungen
    6 Strebe
    7 Querstrebe
    8 Profil
    9 Winkelstück

Claims (19)

  1. Verfahren zur Verbindung mindestens eines ersten Holzteils, welches eine Kontaktfläche (3; 3') aufweist mit mindestens einem zweiten Holzteil, welches an einem Ende eine quer zu einer Längsrichtung ausgerichtete Kontaktfläche (4; 4') aufweist, wobei das erste Holzteil und das zweite Holzteil jeweils von einer Lackschicht, welche eine äussere Schicht von ausgehärtetem Decklack umfasst, im wesentlichen vollständig bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser des zweiten Holzteils im wesentlichen in Längsrichtung verläuft und die Kontaktfläche (4; 4') die Faser schneidet sowie dass die Kontaktflächen (3; 3') kongruent und mindestens in einer Schwingungsrichtung translationsinvariant sind und zur Herstellung der Verbindung die Kontaktfläche (4; 4') des zweiten Holzteils deckungsgleich an die Kontaktfläche (3; 3') des ersten Holzteils gelegt wird und während einer Schweissphase mindestens einem der Holzteile eine Schwingung aufgeprägt wird derart, dass die letztgenannte Kontaktfläche (3; 3') gegenüber der erstgenannten Kontaktfläche (4; 4') einer Reibschwingung in Schwingungsrichtung unterworfen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (3, 4) jeweils im wesentlichen quer, insbesondere schräg oder senkrecht, zur Faser des Holzteils ausgerichtet sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kontaktfläche (4') mindestens zum Teil senkrecht zur Faser des Holzteils ausgerichtet ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschwingung jeweils erzeugt wird, indem mindestens eines der Holzteile einer geeigneten translatorischen Schwingung unterworfen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (3, 4) eben sind.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vier als Rahmenteile (1a, 1b, 1c, 1d) ausgebildete längliche Holzteile jeweils paarweise miteinander verbunden werden, derart, dass sie einen in einer Rahmenebene liegenden geschlossenen, eine Oeffnung umgebenden Rahmen (2) bilden und die Kontaktflächen (3, 4) jeweils im wesentlichen senkrecht zur Rahmenebene und schräg zur Längsrichtung des jeweiligen Rahmenteils (1a, 1b, 1c, 1d) ausgerichtet sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen zwischen den vier Rahmenteilen (1a, 1b, 1c, 1d) gleichzeitig hergestellt werden.
  8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung eines Rahmenteils (1a, 1b, 1c, 1d) jeweils zu seiner Längsrichtung parallel ist.
  9. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung eines Rahmenteils (1a, 1b, 1c, 1d) jeweils zur Rahmenebene parallel und zu seiner Längsrichtung mindestens annähernd senkrecht ist.
  10. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung eines Rahmenteils (1a, 1b, 1c, 1d) jeweils zur Rahmenebene senkrecht ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenteile (1a, 1b, 1c, 1d) aufeinanderfolgend von einem Profil (8) geschnitten und jeweils zur Herstellung des Rahmens (2) in gleicher Reihenfolge aufeinanderfolgend verbunden werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackschicht jeweils durchsichtig, vorzugsweise farblos ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Decklack um einen Acryllack handelt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Reibschwingung höchstens 500Hz beträgt und vorzugsweise zwischen 100Hz und 240Hz liegt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der Reibschwingung zwischen 0,2mm und 3mm liegt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Schweissphase einer Schweisszeit von zwischen 0,2s und 10s beträgt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (3, 4; 3', 4') während der Schweissphase mit einem Schweissdruck von höchstens 3N/mm2 gegeneinandergedrückt werden.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (3, 4; 3', 4') nach dem Ende der Schweissphase während einer Haltezeit von vorzugsweise nicht mehr als 10s mit einem Haltedruck gegeneinandergedrückt werden.
  19. Verfahren nach den Ansprüchen 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltedruck im wesentlichen dem Schweissdruck entspricht.
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