EP2641712A1 - Holzveredelungsverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Holzveredelungsverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP2641712A1
EP2641712A1 EP20120160384 EP12160384A EP2641712A1 EP 2641712 A1 EP2641712 A1 EP 2641712A1 EP 20120160384 EP20120160384 EP 20120160384 EP 12160384 A EP12160384 A EP 12160384A EP 2641712 A1 EP2641712 A1 EP 2641712A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wood
pressure
refined
container
thermal treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20120160384
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tom Sieverts
Christian Dr. Welzbacher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Timura Holzmanufaktur GmbH
Original Assignee
Timura Holzmanufaktur GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Timura Holzmanufaktur GmbH filed Critical Timura Holzmanufaktur GmbH
Priority to EP20120160384 priority Critical patent/EP2641712A1/de
Publication of EP2641712A1 publication Critical patent/EP2641712A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • B27M1/00—Working of wood not provided for in subclasses B27B - B27L, e.g. by stretching
    • B27M1/02—Working of wood not provided for in subclasses B27B - B27L, e.g. by stretching by compressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27D—WORKING VENEER OR PLYWOOD
    • B27D3/00—Veneer presses; Press plates; Plywood presses
    • B27D3/02—Veneer presses; Press plates; Plywood presses with a plurality of press plates, i.e. multi- platen hot presses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K5/00—Treating of wood not provided for in groups B27K1/00, B27K3/00
    • B27K5/0085—Thermal treatments, i.e. involving chemical modification of wood at temperatures well over 100°C

Definitions

  • the invention relates to a finishing process for wood, in which the wood to be refined is thermomechanically compacted.
  • the invention relates to a device for wood finishing for carrying out the finishing process according to the invention, with a printing device for exerting a high pressing pressure on the wood, wherein the printing device is a mechanical, pneumatic, preferably hydraulic press for pressing pressures greater than or equal to 200 bar.
  • the compacting of wood has been known for almost 100 years.
  • AT 76053 describes a method for compacting wood, in which the wood to be compacted at temperatures of 90 to 150 ° C is subjected to a high on all sides of the piece of wood, high hydraulic or gas pressure of at least 20 MPa.
  • the lignin becomes plastic (flowable), whereby under the high pressure it is significantly reduced by, for example, 50% in its dimension and thus compacted.
  • So compacted wood shows significantly improved mechanical and physical properties, such as flexural strength, compressive strength and Brinell hardness.
  • the heating of the wood to preferably 130 to 150 ° C is required in order to liquefy the wood and then to be able to compress at all.
  • compacted wood has the disadvantage that, when it comes into contact with moisture, in particular when wetted or even immersed in water, it relatively quickly returns to its dimensions before being compacted by re-swelling (re-shaping). occupies. Compacted wood is therefore not dimensionally stable in a moist / wet environment.
  • a vacuum dryer for lumber and method for drying wood in which superimposed layers of wood are provided with arranged between the wood layers heating elements and with a printing device for exerting pressure on the wood layers, wherein the process is carried out in a vacuum container and the printing device arranged in the vacuum container, one side of the dry material covering a large area, expanding sack, which can be acted upon by an adjustable pressure.
  • This is usually the atmospheric pressure, wherein the vacuum in the vacuum container 80 to 90%, ie 100 to 200 mbar.
  • the pressure in the expanding sack can also be greater than the atmospheric pressure.
  • This low differential pressure of about 1 bar should cause a "ironing effect", so that the wood layers do not distort during the thermal treatment.
  • This method is applied by the applicant in the so-called Vaku 3 method, a press-drying process, wherein the wood is heated to over 160 ° C to produce a thermally modified, associated with cell changes thermowood.
  • thermal treatment has been shown to cause a high increase in biological resistance, but is accompanied by a decrease in strength, in particular fracture, impact, tensile and flexural strength, which has hitherto been inconsistent with use in structural applications.
  • a method of heat treating wood is known in which the wood is dried to a moisture content of less than 15%. Thereafter, the temperature of the wood is increased for heat treatment, the wood held at this required temperature for the desired treatment and then lowered the temperature again.
  • a temperature of 250 ° C is reached in the heat treatment and possibly exerted a slight excess pressure of not more than 0.1 bar during the treatment.
  • Most are used for heat transfer steam or other heating gases. In some processes, overpressures up to 10 bar during the heat treatment are also known.
  • thermo-wood process also known as OHT, prevents burning of the heated wood due to oil leakage.
  • the object of the invention is to provide a wood finishing process, with which a mechanically compacted wood is made resistant and dimensionally stable while maintaining good mechanical properties.
  • thermo-mechanical compaction of the wood to be refined subsequently a thermal treatment under vacuum is carried out with contact heating of the wood to be finished, in which the wood to be finished is heated above 160 ° C., a re-deformation of the compacted wood is prevented.
  • the vacuum atmosphere during the thermal treatment immediately removes any moisture released from the wood during the thermal treatment.
  • the structural change of the wood by the thermal treatment above 160 ° C then prevents a renewed resumption of moisture. Consequently, the finished wood after the thermal treatment is insensitive to moisture. Even when immersing the refined wood in water no appreciable moisture absorption and thus no re-deformation of the compacted wood to the original wood takes place.
  • the wood finished in this way is biologically resistant and, as described above, dimensionally stable.
  • the good mechanical properties in the sum of both processes could be obtained or even improved with this refining process, since the wood compaction counteracts the decrease of the strength usual with thermo wood.
  • any outgassing from the heated, compacted wood is drawn off via the vacuum pump and by the low compression pressure Ironing effect achieved, which prevents warping of the wood to be finished.
  • the refined wood product can be used as pollutant-free even indoors.
  • the wood to be refined reaches at least a temperature of 200 ° C., preferably 230 ° C., during the thermal treatment, and this temperature is maintained for a period of 1 h to 48 h, in particular 6 h to 24 h, cell changes in the Thermowood produced that lead to a very strong moisture resistance and to a user-tunable degree of browning of the wood.
  • the pressing pressure may be cyclically relieved and reapplied.
  • thermo-mechanical compression and the thermal treatment takes place in a container, wherein already in the compression process, the air in the container is evacuated, eliminates a reloading of the wood to be refined from a compacting device to a vacuum thermal device.
  • the air in the container is evacuated already during the compression process, so that any slight outgassing occurring from the wood during the slight heating of the wood to be refined in the thermo-mechanical compression to 90 ° C to 150 ° C occurring.
  • the temperature of the wood to be finished for heat treatment is already increased during the thermo-mechanical compression.
  • the thermal treatment is carried out quasi temporally with the thermo-mechanical compression. This shortens the one hand the Time expenditure for the wood finishing process, whereby the economy increases and on the other hand leads to a surprising increase in the strength of the finished wood compared to two-step finished wood.
  • the device for wood finishing characterized by the fact that a container for receiving the wood to be finished in the form of superimposed layers of wood is provided with disposed between the wood layers heating elements, wherein the printing device is arranged to act within the container , whereby the heat is thermally transferred for thermo-wood treatment of arranged between the wood layers heating elements.
  • the heating elements heat the wood gently and cause a rapid heating of the wood layers enclosed on two sides by the heating elements.
  • the direct conductive heat transfer increases the energy efficiency.
  • the heating elements are designed to be heatable electrically or with a fluid heating medium and are provided pressure-resistant perpendicular to their surface extension for the high pressing pressure, a well controllable heating of the wood layers which are in heat-conducting contact with the heating elements takes place. Since the compression pressure is applied in particular perpendicular to the surface extension of the heating elements, the heating elements must be able to withstand the high pressing pressure in this direction. This can be achieved by a corresponding honeycomb-like stiffening and / or a corresponding fluid counterpressure by the heating medium.
  • two presses may be provided in the container, whose effective directions are arranged perpendicular to each other.
  • the two pressing directions can also be subjected to different pressing pressures to take into account the structural characteristics of the wood to be finished.
  • the pressing pressure is exerted only in one direction, for example on the flat sides of solid wood panels perpendicular to the prevailing fiber direction.
  • the printing device can be arranged with their technical components outside of the container, wherein the transfer of the pressing pressure on the wooden layer located in the container / Heating element stack via pressure-tight guided through the container pressure stamp.
  • the technical elements of the hydraulic press can be monitored and maintained at any time.
  • a wood product is produced from a low-cost raw material having high strength, particularly high surface hardness, superior biological resistance and dimensional stability.
  • the mechanical properties of the so refined wood product are further improved when the wood is processed in a finishing device in a one-step process.
  • the result is a high quality wood product with properties that surpass those of tropical wood, but come from local forestry.
  • Fig. 1 shows the front view of a container 1, which has an elongated cuboid shape.
  • a door 10 in Fig. 1 is removed, the container pressure-tight at its front off (see Fig. 2 ).
  • the container 1 has a bottom 11, two side walls 12, 13 and a ceiling 14. At the end of the container 1 is closed with a rear wall 15.
  • the wood to be finished preferably lies on a carriage 4 which can be moved in and out of the container 1 and which is guided and supported on the floor 11 of the container 1.
  • a printing device 5 in the form of a plunger 51 with associated hydraulic presses 52 is arranged on the ceiling 14 directly opposite the top of the alternately a wood layer 21 and a plate-shaped heating element 31 stack of wood to be finished 2.
  • the hydraulic presses 52 are arranged on the outside of the ceiling 14, wherein the push rods pressure-tight act through the ceiling 14 on the plunger 51.
  • Each plate-shaped heating element 31, which is formed for example as a plate-shaped hollow aluminum body with a honeycomb 1 nnenversteifung is connected to a heater 3 via suitable releasable connections for the forward and reverse (not shown). Alternatively, the heating can also be done electrically.
  • a vacuum pump 6 is connected to the interior of the container 1, which can evacuate the interior of the container 1 with the door 10 closed.
  • the wood to be finished 2 is cut into the desired formats and placed on a cart 4 in a first layer of wood 21.
  • a plate-shaped heating element 31 is stored on this first layer of wood 21.
  • a wood layer 21 is placed from the wood to be refined and then a plate-shaped heating element 31 is deposited. This process is continued up to the maximum stack height until the last turn, a wood layer 21 is deposited.
  • the thus prepared carriage 4 with the wood stack is then retracted into the container 1.
  • the respective plate-shaped heating elements 31 are connected to the supply of the heater 3 and the door 10 is closed.
  • the heater 3 is activated and at the same time the pressure device 5 is controlled so that the plunger 51 by means of the hydraulic presses 52 on the wood stack with low pressure (1 to 10 bar) imposes.
  • the vacuum pump 6 to evacuate the interior of the container 1.
  • the wood compression by increasing the hydraulic pressure on the hydraulic presses 52 to a high pressure greater than or equal to 200 bar, for example, 250 bar while compacting the wood to be refined.
  • a dimensional reduction in the direction of the pressure effect can be achieved by, for example, 50%.
  • the high pressure is slowly reduced and with further heating of the heater 3, the temperature of the plate-shaped heating elements 31 and thus the intervening wood layers 21 to about 160 ° C, for example 230 ° C with simultaneous action of the vacuum by the vacuum pump 6, for example, 200 to 800 mbar carried out the thermal treatment.
  • the desired process duration of, for example, 6 hours is maintained at this temperature.
  • the wood stack is cooled by the heating elements 31 and finally both the pressing pressure by the plunger 51 as well as the negative pressure is reduced. Then the door 10 is opened at pressure-free and moved out of the finished finished pile of wood with the carriage 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Veredelungsverfahren für Holz, bei dem das zu veredelnde Holz (2) bei Temperaturen von 90°C bis 150°C und einem hohen Pressdruck größer gleich 200 bar thermomechanisch verdichtet wird, wobei nachfolgend eine Thermobehandlung unter Vakuum mit Kontaktbeheizung des zu veredelnden Holzes (2) ausgeführt wird, bei dem das zu veredelnde Holz (2) auf über 160°C erhitzt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Holzveredelung mit einer Druckeinrichtung (5) zur Ausübung eines hohen Pressdruckes auf das Holz, wobei die Druckeinrichtung (5) eine mechanische, pneumatische, bevorzugt hydraulische Presse (52) für Pressdrucke größer gleich 200 bar ist, wobei ein Behälter (1) zur Aufnahme des zu veredelnden Holzes (2) in Form von übereinanderliegenden Holzschichten (21), mit zwischen den Holzschichten (21) angeordneten Heizelementen (31) vorgesehen ist, wobei die Druckeinrichtung (5) innerhalb des Behälters (1) wirkend angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Veredelungsverfahren für Holz, bei dem das zu veredelnde Holz thermomechanisch verdichtet wird.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Holzveredelung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Veredelungsverfahrens, mit einer Druckeinrichtung zur Ausübung eines hohen Pressdruckes auf das Holz, wobei die Druckeinrichtung eine mechanische, pneumatische, bevorzugt hydraulische Presse für Pressdrucke größer gleich 200 bar ist.
  • Das Verdichten von Holz ist bereits seit fast 100 Jahren bekannt. In der AT 76053 ist ein Verfahren zum Verdichten von Holz beschrieben, bei dem das zu verdichtende Holz bei Temperaturen von 90 bis 150 °C einem allseitig auf das Holzstück wirkenden, hohen hydraulischen oder Gasdruck von mindestens 20 MPa ausgesetzt ist. Bei der so durchgeführten Verdichtung von Holz wird das Lignin plastisch (fließfähig), wobei es unter dem hohen Druck deutlich um beispielsweise 50% in seiner Dimension verringert und somit verdichtet wird. So verdichtetes Holz zeigt deutlich verbesserte mechanische und physikalische Eigenschaften, wie zum Beispiel Biegefestigkeit, Druckfestigkeit und Brinellhärte. Die Erwärmung des Holzes auf bevorzugt 130 bis 150 °C ist erforderlich, um das Holz quasi zu verflüssigen und dann überhaupt komprimieren zu können. Dabei ist es in der Fachwelt anerkannt, dass eine Erhitzung des Holzes über 150 °C zu vermeiden ist, da sich sonst Zellveränderungen und damit einhergehende Strukturveränderungen im Holz ergeben würden. Verdichtetes Holz weist jedoch den Nachteil auf, dass es bei Kontakt mit Feuchtigkeit, insbesondere beim Benetzen oder gar Eintauchen in Wasser relativ rasch wieder annähernd seine Dimensionen vor der Verdichtung durch ein Rückquellen (Rückverformen) einnimmt. Verdichtetes Holz ist somit in feuchter/nasser Umgebung nicht dimensionsstabil.
  • Aus der EP 0 760 930 B1 ist ein Vakuumtrockner für Schnitthölzer und Verfahren zum Trocknen von Holz bekannt, bei dem übereinander liegende Holzschichten mit zwischen den Holzschichten angeordneten Heizelementen und mit einer Druckvorrichtung zur Ausübung eines Drucks auf die Holzschichten ausgestattet sind, wobei der Prozess in einem Vakuumbehälter ausgeführt wird und die Druckvorrichtung ein im Vakuumbehälter angeordneter, eine Seite des Trockengutes großflächig abdeckender, expandierender Sack ist, der mit einem einstellbaren Druck beaufschlagbar ist. Dabei handelt es sich in der Regel um den Atmosphärendruck, wobei das Vakuum im Vakuumbehälter 80 bis 90 %, also 100 bis 200 mbar beträgt. In Ausnahmefällen kann der Druck im expandierenden Sack auch größer als der Atmosphärendruck sein. Dieser geringe Differenzdruck von ungefähr 1 bar soll einen "Bügeleffekt" bewirken, damit sich die Holzschichten während der Thermobehandlung nicht verziehen. Dieses Verfahren wird von der Anmelderin im so genannten Vaku3-Verfahren, einem Press-Trocknungs-Verfahren angewandt, wobei das Holz dabei auf über 160 °C erhitzt wird, um ein thermisch modifiziertes, mit Zellveränderungen einhergehendes Thermoholz zu erzeugen.
  • Zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit von Holz ist es nämlich bekannt eine thermische Vergütung durchzuführen. Die thermische Vergütung bewirkt nachweislich eine hohe Steigerung der biologischen Resistenz, geht jedoch mit einer Abnahme der Festigkeit, insbesondere der Bruch-, Schlag-, Zug- und Biegefestigkeit, einher, was bisher einem Einsatz für tragende Anwendungen widerspricht.
  • Aus der EP 0 922 918 B1 ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Holz bekannt, bei dem das Holz auf einen Feuchtigkeitsgehalt von unter 15 % getrocknet wird. Danach wird die Temperatur des Holzes zur Wärmebehandlung erhöht, das Holz auf dieser erforderlichen Temperatur für die gewünschte Behandlung gehalten und anschließend die Temperatur wieder abgesenkt. Dabei wird beispielsweise eine Temperatur von 250 °C bei der Wärmebehandlung erreicht und allenfalls ein geringer Überdruck von maximal 0,1 bar während der Behandlung ausgeübt. Meist werden für die Wärmeübertragung Wasserdampf oder andere Heizgase verwendet. In einigen Verfahren sind auch Überdrücke bis zu 10 bar während der Wärmebehandlung bekannt.
  • Alternativ ist aus der EP 1 002 630 B1 eine Wärmebehandlung in einem Ölbad bekannt, bei dem das erhitzte Öl als Wärmeträgermedium dient. Diese Öl-Hitze-Behandlung oder auch OHT-Verfahren genanntes Thermoholzverfahren verhindert ein Verbrennen des erhitzten Holzes durch den durchs Öl bewirkten Sauerstoffabschluss.
  • Ferner haben sich Welzbacher et al in dem Artikel "Biologische und mechanische Eigenschaften von verdichteter und thermisch behandelter Fichte (Picea abies)" in Holztechnologie 47, 2006, Seite 13 bis 18 wissenschaftlich zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit und Dimensionsstabilität bei gleichzeitiger Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Holz durch die Kombination von zwei Prozessen, nämlich der thermomechanischen Verdichtung und der Öl-Hitze-Behandlung geäußert. Zwar kann eine deutlich verbesserte biologische Resistenz des verdichteten und nachfolgend thermisch behandelten Holzes erreicht werden, jedoch wird die mit der Verdichtung erhöhte Biegefestigkeit des Holzes durch die Öl-Hitze-Behandlung wieder vollständig aufgezehrt und zusätzlich eine deutliche Verringerung der Zähigkeit um ca. 40% erreicht. Darüber hinaus ist die Dimensionsstabilität nicht ausreichend. Insbesondere hat sich bei vielen Proben gezeigt, dass während der Öl-Hitze-Behandlung deutliche örtlich begrenzte, unregelmäßig auftretende, erhebliche Aufquellungen vorkommen, so dass das Verfahren für eine industrielle Anwendung nicht geeignet ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Holzveredelungsverfahren anzugeben, mit dem ein mechanisch verdichtetes Holz resistent und dimensionsstabil gemacht wird und dabei gute mechanische Eigenschaften behält.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1, mit einer Veredelungsvorrichtung gemäß Anspruch 9 und einem Holzprodukt nach Anspruch 13 oder 14.
  • Wenn nach der thermomechanischen Verdichtung des zu veredelnden Holzes nachfolgend eine Thermobehandlung unter Vakuum mit Kontaktbeheizung des zu veredelnden Holzes ausgeführt wird, bei dem das zu veredelnde Holz auf über 160°C erhitzt wird, wird eine Rückverformung des verdichteten Holzes verhindert. Durch die Vakuumatmosphäre bei der Thermobehandlung wird jegliche Feuchtigkeit, die während der Thermobehandlung aus dem Holz freigesetzt wird, sofort abgezogen. Die Strukturveränderung des Holzes durch die Thermobehandlung oberhalb von 160°C verhindert danach ein erneutes Wiederaufnehmen von Feuchtigkeit. Folglich ist das veredelte Holz nach der Thermobehandlung unempfindlich gegen Feuchtigkeit. Auch beim Eintauchen des veredelten Holzes in Wasser findet keine nennenswerte Feuchtigkeitsaufnahme und somit keine Rückverformung des verdichteten Holzes zum ursprünglichen Holz statt. Durch die durch die Thermobehandlung bewirkte äußerst geringe Feuchtigkeitsaufnahme des Holzes ist das so veredelte Holz biologisch resistent und, wie vorangehend beschrieben, dimensionsstabil. Dabei konnten mit diesem Veredelungsverfahren auch die guten mechanischen Eigenschaften in der Summe beider Verfahren erhalten oder gar verbessert werden, da die Holzverdichtung der bei Thermoholz üblichen Abnahme der Festigkeit entgegenwirkt.
  • Durch die Verdichtung mit einem Pressdruck > 200 bar und die nachfolgende Thermobehandlung auf über 160 °C wird neben den Eigenschaftsverbesserungen hinsichtlich biologischer Resistenz und Festigkeit überraschenderweise auch die Formstabilität nach der Veredelung auch unter Feuchtigkeitseinwirkung deutlich verbessert. Zudem wird durch die Anwendung der Holzverdichtung und der Thermoholzbehandlung eine unerwünschte Rissbildung beim Schwinden und Pressen des Holzes vermieden.
  • Wenn das Vakuum auf 200 mbar bis 800 mbar während der Thermobehandlung gehalten wird und gleichzeitig ein geringer Pressdruck von beispielsweise 10 bar auf das zu veredelnde Holz ausgeübt wird, werden jegliche Ausgasungen aus dem erhitzten, verdichteten Holz über die Vakuumpumpe abgezogen und durch den geringen Pressdruck ein Bügeleffekt erzielt, der ein Verziehen des zu veredelnden Holzes verhindert. Durch das Abziehen der beim Erhitzen entstehenden Gase durch das Vakuum kann das veredelte Holzprodukt als schadstofffrei auch in Innenräumen verwendet werden.
  • Dadurch, dass das zu veredelnde Holz während der Thermobehandlung mindestens eine Temperatur von 200°C, bevorzugt von 230°C erreicht und diese Temperatur für einen Zeitraum von 1 h bis 48 h, insbesondere 6 h bis 24 h aufrechterhalten wird, werden Zellveränderungen in dem Thermoholz erzeugt, die zu einer sehr starken Feuchtigkeitsresistenz und zu einem nach den Nutzerwünschen einstellbaren Bräunungsgrad des Holzes führen.
  • Um im Holz eingeschlossene gasförmige Stoffe bzw. ausgasende Stoffe leichter abgeben zu können, kann es vorteilhaft sein, dass der Pressdruck zyklisch entlastet und wieder aufgebracht wird.
  • Wenn die thermomechanische Verdichtung und die Thermobehandlung in einem Behälter erfolgt, wobei bereits beim Verdichtungsvorgang die im Behälter befindliche Luft evakuiert wird, entfällt ein Umladen des zu veredelnden Holzes von einer Verdichtungsvorrichtung zur einer Vakuum-Thermovorrichtung. Dabei wird bereits beim Verdichtungsvorgang die im Behälter befindliche Luft evakuiert, damit beim leichten Erwärmen des zu veredelnden Holzes bei der thermomechanischen Verdichtung auf 90°C bis 150°C etwaige auftretende Ausgasungen aus dem Holz bereits abgezogen werden.
  • In weiterer Ausgestaltung wird bereits während der thermomechanischen Verdichtung die Temperatur des zu veredelnden Holzes zur Thermobehandlung erhöht. Damit wird die Thermobehandlung quasi zeitlich mit der thermomechanischen Verdichtung durchgeführt. Dies verkürzt einerseits den Zeitaufwand für das Holzveredelungsverfahren, womit die Wirtschaftlichkeit steigt und führt andererseits zu einer überraschenden Steigerung der Festigkeit des veredelten Holzes gegenüber zweischrittig veredeltem Holz.
  • Dadurch, dass der hohe Pressdruck und die Temperatur zeitgleich oder zeitversetzt linear ansteigen und nach einer vorbestimmten Haltezeit zeitgleich oder zeitversetzt linear abfallen, wird das bei Erhöhung der Temperatur eintretende Schwinden des Holzes durch den ebenfalls ansteigenden Pressdruck überprägt, so dass Rissbildungen vermieden werden. Ebenso werden beim Entspannen des Holzes Rissbildungen durch den linearen Abfall vermieden.
  • Für die Durchführung des Verfahrens in einem Behälter zeichnet sich die Vorrichtung zur Holzveredelung dadurch aus, dass ein Behälter zur Aufnahme des zu veredelnden Holzes in Form von übereinanderliegenden Holzschichten, mit zwischen den Holzschichten angeordneten Heizelementen vorgesehen ist, wobei die Druckeinrichtung innerhalb des Behälters wirkend angeordnet ist, womit die Wärme zur Thermoholzbehandlung konduktiv von zwischen den Holzschichten angeordneten Heizelementen übertragen wird. Die Heizelemente, beheizen das Holz schonend und bewirken eine schnelle Erwärmung der von den Heizelementen zweiseitig umschlossenen Holzschichten. Durch die unmittelbare konduktive Wärmeübertragung wird der energetische Wirkungsgrad erhöht.
  • Wenn die Heizelemente elektrisch oder mit einem fluiden Heizmedium beheizbar ausgebildet und senkrecht zu ihrer Flächenerstreckung druckfest für den hohen Pressdruck ausgestattet sind, erfolgt eine gut regelbare Beheizung der in wärmeleitenden Kontakt mit den Heizelementen stehenden Holzschichten. Da der Verdichtungsdruck insbesondere senkrecht zur Flächenerstreckung der Heizelemente aufgewendet wird, müssen die Heizelemente in dieser Richtung den hohen Pressdruck widerstehen können. Dies kann durch eine entsprechende wabenartige Versteifung und/oder einen entsprechenden fluiden Gegendruck durch das Heizmedium erreicht werden.
  • Ergänzend können zwei Pressen im Behälter vorgesehen sein, deren Wirkrichtungen senkrecht zueinander angeordnet sind. Somit ist eine zweiachsige Verdichtung des zu veredelnden Holzes möglich. Dabei können die beiden Pressrichtungen auch mit unterschiedlich starken Pressdrucken beaufschlagt werden, um die strukturellen Besonderheiten des zu veredelnden Holzes zu berücksichtigen. Bei einigen Holzarten ist es vorteilhaft, wenn der Pressdruck nur in einer Richtung, beispielsweise auf die flachen Seiten von Vollholztafeln senkrecht zur vorherrschenden Faserrichtung ausgeübt wird. In anderen Fällen ist es vorteilhaft, wenn der Pressdruck in zwei zueinander senkrechten Richtungen jeweils senkrecht zur vorherrschenden Faserrichtung ausgeübt wird. Alternativ kann auch ein Pressdruck über eine Trägerflüssigkeit oder Trägergas auf das in der Vorrichtung zur Veredelung eingestellte Holzpaket ausgeübt werden.
  • Wenn die hydraulische(n) Presse(n) druckdicht durch den Behälter geführt sind und im Behälter auf einen Druckstempel wirken, kann die Druckeinrichtung mit ihren technischen Bauteilen außerhalb des Behälters angeordnet sein, wobei die Übertragung des Pressdrucks auf den im Behälter befindlichen Holzschicht-/Heizelementstapel über durch den Behälter druckdicht geführte Druckstempel erfolgt. Vorteilhaft können so die technischen Elemente der hydraulischen Presse jederzeit überwacht und gewartet werden.
  • Bei der Anwendung des Veredelungsverfahrens für einheimisches Holz, beispielsweise Fichtenholz, Pappelholz oder dergleichen, wird aus einem kostengünstigen Rohstoff ein Holzprodukt erzeugt, das neben hoher Festigkeit, insbesondere hoher Oberflächenhärte eine überragende biologische Resistenz und eine hervorragende Dimensionsstabilität aufweist. Die mechanischen Eigenschaften des so veredelten Holzproduktes werden noch weiter verbessert, wenn das Holz in einer Veredelungsvorrichtung in einem einschrittigen Verfahren bearbeitet wird. Das Ergebnis ist ein hochwertiges Holzprodukt mit Eigenschaften, die diejenigen von Tropenholz übertreffen, aber aus einheimischer Forstwirtschaft stammen.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • Darin zeigt:
    • Fig. 1
    eine Vorderansicht einer Holzveredelungsvorrichtung und
    Fig. 2
    die in Fig. 1 dargestellte Holzveredelungsvorrichtung in einem Längsschnitt entlang der in Fig. 1 dargestellten Schnittlinie II-II.
  • Fig. 1 zeigt die Vorderansicht eines Behälters 1, der eine langgestreckte Quaderform aufweist. Eine Tür 10, die in Fig. 1 entfernt ist, schließt den Behälter druckdicht an seiner Vorderseite ab (siehe Fig. 2). Der Behälter 1 weist einen Boden 11, zwei Seitenwände 12, 13 und eine Decke 14 auf. Am Ende ist der Behälter 1 mit einer Rückwand 15 abgeschlossen.
  • Innerhalb des Behälters 1 ist zu veredelndes Holz 2 in Form von übereinanderliegenden Holzschichten 21 aufgeschichtet. Zwischen den jeweiligen Holzschichten 21 sind plattenförmige Heizelemente 31 angeordnet. Bevorzugt liegt das zu veredelnde Holz auf einem in dem Behälter 1 ein- und ausfahrbaren Wagen 4, der auf dem Boden 11 des Behälters 1 geführt und abgestützt ist.
  • An der Decke 14 ist eine Druckeinrichtung 5 in Form eines Druckstempels 51 mit zugeordneten hydraulischen Pressen 52 angeordnet. Der Druckstempel 51 befindet sich auf der Innenseite der Decke 14 direkt gegenüber der Oberseite des aus abwechselnd einer Holzschicht 21 und einem plattenförmigen Heizelement 31 bestehenden Stapels des zu veredelnden Holzes 2. Die hydraulischen Pressen 52 sind außenseitig an der Decke 14 angeordnet, wobei deren Schubstangen druckdicht durch die Decke 14 auf den Druckstempel 51 wirken.
  • Jedes plattenförmige Heizelement 31, das beispielsweise als plattenförmiger Aluminiumhohlkörper mit einer wabenförmigen 1 nnenversteifung ausgebildet ist, ist an einer Heizeinrichtung 3 über geeignete lösbare Anschlüsse für den Vorund Rücklauf (hier nicht gezeigt) angeschlossen. Alternativ kann die Beheizung auch elektrisch erfolgen.
  • Ferner ist an den Innenraum des Behälters 1 eine Vakuumpumpe 6 angeschlossen, die bei geschlossener Tür 10 den Innenraum des Behälters 1 evakuieren kann.
  • Nachfolgend wird das in der Holzveredelungsvorrichtung ablaufende Holzveredelungsverfahren anhand der in den Figuren dargestellten Vorrichtung erläutert.
  • Zur Vorbereitung für die Holzveredelung wird das zu veredelnde Holz 2 in die gewünschten Formate geschnitten und auf einem Wagen 4 in einer ersten Holzschicht 21 aufgelegt. Auf diese erste Holzschicht 21 wird ein plattenförmiges Heizelement 31 abgelegt. Darauf wird wiederum eine Holzschicht 21 aus dem zu veredelnen Holz aufgelegt und anschließend ein plattenförmiges Heizelement 31 abgelegt. Dieser Vorgang wird bis zur maximalen Stapelhöhe fortgeführt bis oben als letztes wiederum eine Holzschicht 21 abgelegt wird.
  • Der so vorbereitete Wagen 4 mit dem Holzstapel wird dann in den Behälter 1 eingefahren. Die jeweiligen plattenförmigen Heizelemente 31 werden an die Versorgung der Heizeinrichtung 3 angeschlossen und die Tür 10 verschlossen. Nunmehr wird die Heizeinrichtung 3 aktiviert und gleichzeitig die Druckeinrichtung 5 so angesteuert, dass der Druckstempel 51 mittels der hydraulischen Pressen 52 auf den Holzstapel mit geringem Druck (1 bis 10 bar) auflastet. Ferner kann dann bereits die Vakuumpumpe 6 den Innenraum des Behälters 1 evakuieren.
  • Bei sich langsam steigernder Temperatur in dem Behälter 1 durch die direkte Kontaktbeheizung der Holzschichten 21 durch die plattenförmigen Heizelemente 31 wird dann bei einer erreichten Temperatur von 90°C bis 150°C die Holzverdichtung durch Steigerung des hydraulischen Drucks an den hydraulischen Pressen 52 auf einen hohen Pressdruck größer gleich 200 bar, beispielsweise 250 bar erhöht und dabei das zu veredelnde Holz verdichtet. Dabei kann eine Dimensionsverringerung in Richtung der Druckwirkung um beispielsweise 50 % erreicht werden.
  • Nachfolgend wird der hohe Pressdruck langsam reduziert und unter weiterer Zuheizung der Heizeinrichtung 3 die Temperatur der plattenförmigen Heizelemente 31 und damit der dazwischenliegenden Holzschichten 21 auf über 160°C, beispielsweise 230°C unter gleichzeitiger Wirkung des Vakuums durch die Vakuumpumpe 6 von beispielsweise 200 bis 800 mbar die Thermobehandlung durchgeführt. Bei Erreichen der gewünschten Temperatur in den jeweiligen Holzschichten 21 wird dann die gewünschte Prozesseinwirkdauer von beispielsweise 6 h bei dieser Temperatur aufrechterhalten.
  • Danach wird der Holzstapel über die Heizelemente 31 gekühlt und schließlich sowohl der Pressdruck durch den Druckstempel 51 wie auch der Unterdruck reduziert. Dann wird bei Druckfreiheit die Tür 10 geöffnet und der fertig veredelte Holzstapel mit dem Wagen 4 herausgefahren.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Behälter
    10
    Tür
    11
    Boden
    12
    Seitenwand
    13
    Seitenwand
    14
    Decke
    15
    Rückwand
    2
    zu veredelndes Holz
    21
    Holzschicht
    3
    Heizeinrichtung
    31
    plattenförmiges Heizelement
    4
    Wagen
    5
    Druckeinrichtung
    51
    Druckstempel
    52
    hydraulische Presse
    6
    Vakuumpumpe

Claims (14)

  1. Veredelungsverfahren für Holz, bei dem das zu veredelnde Holz (2) bei Temperaturen von 90°C bis 150°C und einem hohen Pressdruck größer gleich 200 bar thermomechanisch verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass nachfolgend eine Thermobehandlung unter Vakuum mit Kontaktbeheizung des zu veredelnden Holzes (2) ausgeführt wird, bei dem das zu veredelnde Holz (2) auf über 160°C erhitzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuum auf 200 mbar bis 800 mbar während der Thermobehandlung gehalten wird und gleichzeitig ein geringer Pressdruck auf das zu veredelnde Holz (2) ausgeübt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zu veredelnde Holz (2) während der Thermobehandlung mindestens eine Temperatur von 200°C, bevorzugt von 230°C erreicht und diese Temperatur für einen Zeitraum von 1 h bis 48 h, insbesondere 6 h bis 24 h aufrechterhalten wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hohe und/oder der geringe Pressdruck zyklisch entlastet und wieder aufgebracht werden.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermomechanische Verdichtung und die Thermobehandlung in einem Behälter (1) erfolgt, wobei bereits beim Verdichtungsvorgang die im Behälter (1) befindliche Luft evakuiert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des zu veredelnden Holzes (2) direkt nach erfolgter Verdichtung des Holzes auf die Temperatur für die Thermobehandlung erhöht wird und der hohe Pressdruck für die thermomechanische Verdichtung langsam während der Thermobehandlung verringert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bereits während der thermomechanischen Verdichtung die Temperatur des zu veredelnden Holzes (2) zur Thermobehandlung erhöht wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der hohe Pressdruck und die Temperatur zeitgleich oder zeitversetzt linear ansteigen und nach einer vorbestimmten Haltezeit zeitgleich oder zeitversetzt linear abfallen.
  9. Vorrichtung zur Holzveredelung, insbesondere zur Durchführung des Veredelungsverfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 8, mit einer Druckeinrichtung (5) zur Ausübung eines hohen Pressdruckes auf das Holz, wobei die Druckeinrichtung (5) eine mechanische, pneumatische, bevorzugt hydraulische Presse (52) für Pressdrucke größer gleich 200 bar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behälter (1) zur Aufnahme des zu veredelnden Holzes (2) in Form von übereinanderliegenden Holzschichten (21), mit zwischen den Holzschichten (21) angeordneten Heizelementen (31) vorgesehen ist, wobei die Druckeinrichtung (5) innerhalb des Behälters (1) wirkend angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (31) elektrisch oder mit einem fluiden Heizmedium beheizbar ausgebildet und senkrecht zu ihrer Flächenerstreckung druckfest für den hohen Pressdruck ausgestattet sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Pressen (52) im Behälter (1) vorgesehen sind, deren Wirkrichtungen senkrecht zueinander angeordnet sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische(n) Presse(n) (52) druckdicht durch den Behälter (1) geführt sind und im Behälter (1) auf einen Druckstempel (51) wirkt.
  13. Veredeltes Holzprodukt aus einheimischem Holz, dadurch gekennzeichnet, dass das Holz in einem Veredelungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8 verdichtet und thermobehandelt ist.
  14. Veredeltes Holzprodukt aus einheimischem Holz, dadurch gekennzeichnet, dass das Holz in einer Veredelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12 veredelt ist.
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