EP2977156B1

EP2977156B1 - Verfahren zur herstellung von tonholz

Info

Publication number: EP2977156B1
Application number: EP15177045.0A
Authority: EP
Inventors: Mario Dr. Zauer; Robert Sprossmann
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2035-07-16
Also published as: DE102014214047A1; EP2977156A1; DE102014214047B4

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Tonholz und dessen Verwendung zur Herstellung von Musikinstrumenten, insbesondere von Hälsen, Decken, Zargen und Böden von Gitarren und Bassgitarren.
Unter Tonholz (auch Klangholz) wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Holz verstanden, das sich nach Art, Qualität und Lagerung für den Bau von Musikinstrumenten eignet. Vorwiegend wird Holz verwendet, welches langsam gewachsen ist und dadurch enge Jahresringe aufweist. Zudem muss das verwendete Holz möglichst gerade gewachsen sein und wenige Äste aufweisen. Darüber hinaus soll die Schallgeschwindigkeit des verwendeten Holzes möglichst hoch sein.
Die zur Herstellung von Tonholz verwendeten Hölzer werden über einen Zeitraum von mehreren Jahren oder Jahrzehnten gelagert und luftgetrocknet, um sicher zu stellen, dass möglichst alle im Holz vorhandenen Spannungen abgebaut worden sind. Regelmäßig werden zur Herstellung des Resonanzkörpers und der Decken von Streich- und Zupfinstrumenten heimische Hölzer aus Fichte, Douglasien, Kiefer oder Rotzeder verwendet.
Neben einheimischen Holzarten werden in größerem Umfang exotische Holzarten wie Wenge, Mahagoni, Palisander, Bubinga, Westindische Zerele oder kanadischer Ahorn aufgrund ihrer, im Vergleich zu einheimischen Holzarten, wie Fichte oder Ahorn, hohen Festigkeit, Steifigkeit und Dimensionsstabilität zur Herstellung von Tonholz eingesetzt.
Aufgrund der gestiegenen Nachfrage und der Tatsache, dass viele exotische Holzarten unter Artenschutz gestellt wurden, besteht die Notwendigkeit, verstärkt schnellwachsende, in ausreichendem Umfang verfügbare, heimische Hölzer für die Herstellung von Tonholz zu verwenden. Um die gewünschten mechanischen und physikalischen Eigenschaften der verwendeten Hölzer für die Herstellung von Tonholz für den Musikinstrumentenbau zu sichern, werden die Hölzer über mehrere Jahre zur natürlichen Alterung gelagert. Während dieser Lagerungszeit erfolgen Umwandlungsprozesse in der Holzzellwand. Dadurch erhält das Holz eine erhöhte Steifigkeit, Dimensionsstabilität und ist weitgehend befreit von Wuchsspannungen. Die daraus resultierende Spannungsarmut bewirkt die notwendige Dimensionsstabilität und die akustische Resonanzgüte des Tonholzes.
In der Literatur wird für so behandeltes Holz auch der Terminus "thermisch modifiziertes Holz" (nachfolgend TMH) oder "Thermoholz" verwendet. Thermoholz wird bei Temperaturen oberhalb von 160 °C thermisch behandelt, weil das Holz eine hohe biologische Dauerhaftigkeit erlangen soll. Es wird hauptsächlich für den Einsatz im Außenbereich oder feuchten Innenbereich (z. B. Sauna, Bad) hergestellt. Dabei muss das Holz eine hohe Resistenz gegenüber holzzerstörenden Pilzen und Insekten aufweisen. Diese Eigenschaften werden nur erreicht, wenn Holz über 180 bis 220 °C behandelt wird. Dabei versprödet allerdings das Holz infolge von Abbauprozessen an den Zellwandbestandteilen. Weiterhin entstehen durch thermische Schrumpfspannungen Risse zwischen den Zellen und in der Zellwand. Bei den bekannten thermischen Behandlungsverfahren sinken zudem die Festigkeitswerte.
Die DE 32 29 826 A1 betrifft ein Behandlungsverfahren für frisch gefälltes Naturholz zur Qualitätsverbesserung, bei dem das Naturholz gewässert und anschließend getrocknet wird. Das Trocknen erfolgt unter Normalbedingen für eine Zeitspanne von mindestens einer Woche, insbesondere von vier Wochen. Das so behandelte Naturholz wird zum Herstellen von Tonhölzern, Türen oder Fensterrahmen verwendet.
Die 10 2009 046 187 A1 betrifft ein Holzelement für ein Musikinstrument und ein Verfahren zu dessen Herstellung, umfassend:

einen Erwärmungsschritt des Erwärmens eines Holzwerkstücks als Werkstück für das Holzelement auf eine vorgegebene Temperatur;
einen Abkühlschritt des Abkühlens des erwärmten Holzwerkstücks; und
einen Feuchtekonditionierungsschritt des Durchführens einer Feuchtekonditionierung des abgekühlten Holzwerkstücks in einer Weise, dass zumindest in einem äußeren peripheren Bereich des Holzwerkstücks eine innere Druckspannung erzeugt wird.

Die US 2003/0084962 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von modifiziertem Holz, bei dem das Holz zwischen 1 und 60 Minuten bei Temperaturen von 120 bis 200 °C einer Hochdruckdampfbehandlung unterzogen wird. Dabei werden die zu behandelnden Holzwerkstücke unmittelbar und ohne Umhüllung einer Hochdruck-Wasserdampfatmosphäre ausgesetzt.
Nach der Vornorm DIN CEN/TS 15679: 2008-03 ist thermisch modifiziertes Holz ein Holz, bei dem der Zellwandaufbau des Werkstoffes und dessen physikalische Eigenschaften unter der Einwirkung von Temperaturen oberhalb von 160°C und Bedingungen mit verringerter Sauerstoffzufuhr verändert werden. Das Holz wird dabei so beeinflusst, dass zumindest einige Eigenschaften des Holzes dauerhaft über den gesamten Querschnitt verändert werden.
Die bekannten Technologien bei der Herstellung von TMH werden hauptsächlich durch die Art der Verringerung der Sauerstoffkonzentration charakterisiert. Bei den in der Industrie angewendeten Verfahren werden Atmosphären von Heißluft und/oder heißem Dampf oder heißem Stickstoff oder ein Bad mit heißem Öl eingesetzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich wird, einheimische Holzarten für die Herstellung von Tonholz zu verwenden, die über die notwendige Resonanzgüte, Dimensionsstabilität, Steifigkeit, Festigkeit und Härte verfügen. Gleichzeitig soll das Verfahren und der Herstellungsprozess einschließlich der bislang technologisch notwendigen Lagerung signifikant verkürzt werden, um die Fertigungskosten und den Energiebedarf zu reduzieren und die Verfügbarkeit des so geschaffenen Tonholzes aufgrund des gestiegenen Bedarfes zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 6 und 7. Vorzugsweise Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand rückbezogener Unteransprüche.
Die zur Herstellung von Tonholz verwendeten heimischen Holzarten, wie Rotbuche, Ahorn, Fichte oder Esche werden nach dem Einschlag zugeschnitten. Für den Zuschnitt werden übliche Standardabmessungen, wie z. B. 900 mm x mm 200 x 30 mm, verwendet.
In einem ersten Schritt werden die zugeschnittenen Bretter in einer Klimakammer zueinander beabstandet gelagert. Der Feuchtegehalt der Bretter liegt zwischen 8 und 22 %.
Die Klimatisierung, die der gleichmäßigen, definierten Durchfeuchtung mit einer Holzfeuchte von 8 % bis 22 % und der Temperierung der Bretter über den gesamten Querschnitt und die gesamte Länge der Bretter dient, erfolgt bei Temperaturen zwischen 20°C und 30°C, bevorzugt bei 25°C und einer relativen Luftfeuchte von 45 % bis 65 %, bevorzugt von 50 % bis 60 %, besonders bevorzugt von 55 %.
Die Dauer der Klimatisierung ist abhängig von der Masse/dem Volumen und dem Feuchtegehaltswert/der Gleichgewichtsfeuchte des unbehandelten, in die Klimakammer eingebrachten Holzes und beträgt 12 bis 48 Stunden.
Anschließend wird das klimatisierte Holz der Klimakammer entnommen. Die vereinzelten Bretter werden nachfolgend mit geeigneten Mitteln versiegelt, um den Zutritt von Sauerstoff aus der Atmosphäre zu verhindern oder zu reduzieren. Zusätzlich verhindert die Versiegelung die Abgabe der entstehenden Essigsäure, welche für die Veränderungsreaktionen an den Zellwandbestandteilen (z.B. Hemicellulosen) als Katalysator dient.
Bevorzugt erfolgt die Versiegelung durch formschlüssiges Umhüllen mit einem flexiblen Material, wie einer Folie, einem Schlauch oder einem Schlauchbeutel, der im Wesentlichen der Form der zu behandelnden Holzabschnitte entspricht. Besonderes bevorzugt wird als Mittel zur Versiegelung eine thermisch resistente und druckstabile Folie, z. B. aus Silikon verwendet, die sich formschlüssig anschmiegt. Durch den Abschluss der Hölzer von der Umgebungsatmosphäre werden die technologischen Voraussetzungen für die nachfolgende Prozessstufen geschaffen. Die bevorzugt formschlüssige Umhüllung bewirkt, dass kein Totraum entsteht. Die Versiegelung verhindert ein extremes Nachtrocknen, da kein Wasserdampf abgeführt werden kann. Demnach findet während der Behandlung kein Schwindungsprozess infolge Wasserdampfabgabe statt, womit einer Rissbildung im Holz ausbleibt.
Im nächsten Schritt wird mit geeigneten Mitteln die Luft aus der thermischen Umhüllung evakuiert und die Umhüllung gasdicht verschlossen. Dadurch wird eine Oxidation in der Holzzellwand durch Sauerstoffmangel in den nachfolgenden Prozessschritten wirksam verhindert.
In einem nächsten Schritt erfolgt die Überführung der, in den versiegelten und evakuierten Umhüllungen befindlichen Holzabschnitte in eine Wärmebehandlungskammer.
Dabei durchlaufen die zu behandelnden Hölzer ein, aus mehreren Phasen bestehendes Temperaturregime:
In Phase I erfolgt ein erstes, sukzessives Aufheizen des Innenraumes der Wärmebehandlungskammer und der darin gelagerten, umhüllten Hölzer auf eine Behandlungstemperatur von 140 °C. Bevorzugt erfolgt das Aufheizen kontinuierlich mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5 K/Stunde. In der Regel ist die Phase I in der Abhängigkeit von der Masse / dem Volumen des zu behandelnden Holzes nach ca. 20 bis 30 Stunden abgeschlossen.
Durch die schonende und gleichmäßige Erwärmung des gesamten Volumens des Brettes werden insbesondere thermische Spannungsgradienten über dem Brettquerschnitt vermieden.
In einer II. Phase erfolgt eine erste Wärmebehandlung mit konstanter Behandlungstemperatur von 140 °C über einen Zeitraum von 2 bis 6 Stunden, bevorzugt von 4 Stunden. Während dieser Behandlungsphase mit konstanter Behandlungstemperatur werden die amorphen Bereiche durch Abspaltung von Hydroxylgruppen und durch Vernetzungsreaktionen innerhalb der Holzbestandteile (z.B. Hemicellulosen) reduziert.
In einer III. Phase erfolgt ein zweites, sukzessives Aufheizen auf eine Behandlungstemperatur von 150°C bis 160°C, bevorzugt von 155°C. Um die Ausbildung unterschiedlicher Spannungen zu vermeiden, erfolgt die Wärmebehandlung bevorzugt mit einer konstanten Aufheizgeschwindigkeit von 5 K/Stunde. In dieser Phase erfolgt die Plastifizierung des Lignins. Diese III. Phase ist nach ca. 4 Stunden abgeschlossen.
Nachfolgend erfolgt in Phase IV eine zweite Wärmebehandlung mit einer konstanten Behandlungstemperatur, die am Ende von Phase III erreicht wurde. Während dieser zweiten Wärmebehandlungsphase wird die Behandlungstemperatur über einen Zeitraum von etwa 10 Stunden konstant gehalten. Dabei werden die Hemicellulosen bzw. die amorphen Bereiche der Cellulose abgebaut und umstrukturiert. In der Folge kommt es zur Abspaltung von Essigsäure, welche als Katalysator für die weiteren Um- und Abbauvorgänge an den Holzzellwandkomponenten fungiert. Durch die Versiegelung kann die Essigsäure nicht entweichen und wirkt somit vorteilhaft als Katalysator.
In Phase V erfolgt ein erstes, sukzessives Abkühlen der zu behandelnden Hölzer auf eine Behandlungstemperatur von 130°C bis 150°C, bevorzugt von 140°C. Zur Meidung von Spannungsanomalien oder Spannungsrissen wird bevorzugt mit einer konstanten Abkühltemperatur von 5 K/Stunde behandelt. In dieser Phase kommt es zur schonenden Aushärtung des Lignins.
Nach Erreichung der gewünschten Behandlungstemperatur folgt Phase VI, bei der die Hölzer eine erste Konditionierungsphase bei einer Behandlungstemperatur von 130°C bis 150°C, bevorzugt von 140°C durchlaufen. Diese Temperphase dient dem Spannungsausgleich in der Holzmatrix. Die Konditionierungsphase ist nach etwa 4 Stunden abgeschlossen.
Nachfolgend werden die zu behandelnden Hölzer in einer zweiten sukzessiven Abkühlphase auf eine Temperatur von 20°C bis 30°C, bevorzugt auf 25 °C abgekühlt. Auch in dieser Phase wird der Abkühlprozess vorzugsweises kontinuierlich mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 5 K/Stunden vollzogen. Diese Phase dient der schonenden und gleichmäßigen Abkühlung der Bretter über dem gesamten Brettquerschnitt, um thermische Spannungsspitzen zu vermeiden.
Nach dem Abschluss der Wärmebehandlung werden die behandelten Hölzer in ihrer versiegelten, gasdichten Umhüllung aus der Wärmebehandlungskammer entnommen und es erfolgt eine zweite Evakuierung der sich in den Zellen befindlichen, bei der Behandlung entstandenen und z. T. giftigen Gase (z. B. Methanal und Furfural). Weiterhin wird dadurch der für thermisch behandeltes Holz typische rauchige Geruch in kurzer Zeit deutlich gesenkt.
Weiterhin verbleibt das Holz im versiegelten Zustand bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur, vorzugsweise im Bereich zwischen 20°C und 30°C, besonders bevorzugt bei 25°C über einen Zeitraum von 24 Stunden zwischengelagert. Diese Phase dient dem abschließenden und vollständigen Feuchteausgleich im gesamten Volumen des Brettes.
Neben der Verkürzung der Lagerzeiten gegenüber der klassischen Trocknung besteht ein weiterer Vorteil des innovativen Verfahrens darin, dass die Festigkeiten deutlich erhöht werden, weil sich während der Behandlung hauptsächlich Umwandlungsprozesse an den Zellwandbestandteilen vollziehen. Dies sind vorwiegend Neuorientierungen und Umstrukturierungen der Zellwandbestandteile. Weiterhin verringert sich im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren die Materialermüdung der behandelten Hölzer beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der daraus hergestellten Instrumente.
Das Holz verliert etwas an Masse, da sich bei den gewählten Behandlungstemperaturen Konstitutionswasser abspaltet, was vorteilhaft zu zusätzlichen Quervernetzungen zwischen den Zellwandbestandteilen führt.
Die thermische Behandlung stellt einen verkürzten Alterungsprozess dar. Jahrzehntelang abgelagertes Holz weist analoge Eigenschaften auf. Durch die Behandlung wird die Resonanzgüte deutlich gesteigert. Ein vergleichbares Holz, welches nicht der Behandlung unterworfen wurde, kann diese Resonanzgüten nur erlangen, wenn es mindestens 50 Jahre abgelagert (natürliche Holzalterung) wurde. Durch das innovative Verfahren kann eine permanente und sofortige Verfügbarkeit von Tonholz für die Fertigung von Musikinstrumenten oder deren Teile gesichert werden.
Überraschend zeigte sich, dass durch die innovative Behandlung vorteilhaft Wuchsspannungen sowie Trocknungsspannungen in der Holzstruktur abgebaut werden, da das Lignin als Matrixkomponente im Holz während der Behandlung in den plastischen Zustand übergeht, wodurch sich sowohl die einzelnen Zellen als auch die Zellulosefibrillen gegeneinander neu orientieren können.
Durch die thermische Behandlung wird das behandelte Holz zudem formstabiler gegenüber hygrischen Umwelteinflüssen, da sich das Lignin während der Behandlung auch an die Oberfläche der Zelllumen ablagert und somit die Zellwand der Holzzellen gegenüber Wasserdampfeintritt versiegelt.
Durch die Behandlung wird das behandelte Holz ebenso formstabiler gegenüber thermischen Umwelteinflüssen, da das Lignin und somit das gesamte Holzstück während der Behandlung ein duromeres Materialverhalten erlangt.
Die Erfindung wird nachfolgend an vier Ausführungsbeispielen näher beschrieben und in den zugehörigen Figuren dargestellt, ohne darauf beschränkt zu sein.

Ausführungsbeispiel 1 (Fig. 1 und 2): Herstellung einer Gitarrenzarge für akustische Gitarren

Fig. 1 zeigt den Boden einer Akustikgitarre mit einer erfindungsgemäß gefertigten Zarge.
Fig. 2 zeigt den Boden mit zwei verbundenen Zargen.

Der verwendete Rohling aus Rotbuche wird befeuchtet und anschließend entsprechend der Endkontur umgeformt (Biegen). In einem ersten Schritt werden die Rohlinge im umgeformten Zustand in einer Klimakammer zueinander beabstandet gelagert. Der Feuchtegehalt liegt bei 18 %. Die Behandlung dient zur gleichmäßigen Klimatisierung und erfolgt bei 21 °C und 56 % relative Luftfeuchte, so dass sich eine Holzfeuchte von 10 % einstellt. Die Dauer der Behandlung beträgt 20 Stunden.
Anschließend werden die einzelnen Zargenrohlinge, vorzugweise in einer formfixierenden Vorrichtung, mit einer thermisch resistenten und druckstabilen Kunststofffolie aus Silikon formschlüssig und luftdicht versiegelt. In einem nächsten Schritt wird mit einer Vakuumpumpe die Luft aus der thermischen Umhüllung evakuiert und die Umhüllung gasdicht verschlossen.
Im folgenden Schritt erfolgt die Überführung der umhüllten Rohlinge in eine Wärmekammer. Darin durchlaufen die zu behandelnden Hölzer ein aus mehreren Phasen bestehendes Temperaturregime:
In Phase I erfolgt ein erstes, sukzessives Aufheizen des Innenraumes der Wärmebehandlungskammer und der darin gelagerten, umhüllten Zargenrohlinge auf eine Behandlungstemperatur von 140°C. Das Aufheizen erfolgt kontinuierlich mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5 K/Stunde. Die Phase I ist nach 24 abgeschlossen.
In Phase II erfolgt die erste Wärmebehandlung mit konstanter Behandlungstemperatur von 140°C über einen Zeitraum von 4 Stunden.
In Phase III erfolgt ein zweites, sukzessives Aufheizen auf eine Behandlungstemperatur von 158°C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5 K/Stunde über einen Zeitraum von 3 Stunden. Nachfolgend erfolgt in Phase IV eine zweite Wärmebehandlung mit einer konstanten Behandlungstemperatur von 158°C über einen Zeitraum von etwa 10 Stunden.
In Phase V erfolgt ein erstes sukzessives Abkühlen auf eine Behandlungstemperatur von 140°C mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 5 K/Stunde.
Danach erfolgt in Phase VI eine Wärmebehandlung mit konstanter Behandlungstemperatur von 140°C über einen Zeitraum von 4 Stunden.
Nachfolgend werden die zu behandelnden Hölzer in einer zweiten sukzessiven Abkühlphase auf eine Temperatur von 25°C kontinuierlich mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 5 K/Stunde abgekühlt.
Nach dem Abschluss der Wärmebehandlung werden die behandelten Zargenrohlinge in ihrer versiegelten, gasdichten Umhüllung aus der Wärmebehandlungskammer entnommen und mittels einer Vakuumpumpe erfolgt eine zweite Evakuierung.
Danach verbleiben die behandelten Zargenrohlinge im versiegelten Zustand bei einer Temperatur von 25°C.
Anschließend erfolgt die Entnahme der Rohlinge aus der Versiegelung und der Formfixierung und die übliche Endbearbeitung zur fertigen Gitarrenzarge.

Ausführungsbeispiel 2: Herstellung eines Halses für Elektrobassgitarren

Die verwendeten Rohlinge (Bretter: 300 mm x 30 mm x 920 mm - tangential x radial x longitudinal) aus Rotbuche werden in einer Klimakammer zueinander beabstandet gelagert. Der Feuchtegehalt liegt bei 15 %. Die Behandlung dient zur gleichmäßigen Klimatisierung und erfolgt bei 22 °C und 50 % relative Luftfeuchte, so dass sich eine Holzfeuchte von 9 % einstellt. Die Dauer der Behandlung beträgt 20 Stunden. Anschließend werden die einzelnen Halsrohlinge mit einer thermisch resistenten und druckstabilen Kunststofffolie formschlüssig und luftdicht versiegelt. In einem nächsten Schritt wird mit einer Vakuumpumpe die Luft aus der thermischen Umhüllung evakuiert und die Umhüllung gasdicht verschlossen. Im folgenden Schritt erfolgt die Überführung der umhüllten Halsrohlinge in eine Wärmekammer. Darin durchlaufen die zu behandelnden Hölzer das folgende, aus mehreren Phasen bestehende Temperaturregime:
In Phase I erfolgt ein erstes, sukzessives Aufheizen des Innenraumes der Wärmebehandlungskammer und der darin gelagerten, umhüllten Rohlinge auf eine Behandlungstemperatur von 140°C. Das Aufheizen erfolgt stetig mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5 K/Stunde. Die Phase I ist nach 24 abgeschlossen.
In Phase II erfolgt die erste Wärmebehandlung mit konstanter Behandlungstemperatur von 140°C über einen Zeitraum von 4 Stunden.
In Phase III erfolgt ein zweites, sukzessives Aufheizen auf eine Behandlungstemperatur von 155°C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5 K/Stunde über einen Zeitraum von 3 Stunden. Nachfolgend erfolgt in Phase IV eine zweite Wärmebehandlung mit einer konstanten Behandlungstemperatur von 155 °C über einen Zeitraum von etwa 6 Stunden.
In Phase V erfolgt ein erstes sukzessives Abkühlen auf eine Behandlungstemperatur von 130°C mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 5 K/Stunde.
Danach erfolgt in Phase VI eine Wärmebehandlung mit konstanter Behandlungstemperatur von 130°C über einen Zeitraum von 4 Stunden.
Nachfolgend werden die zu behandelnden Halsrohlinge in einer zweiten sukzessiven Abkühlphase auf eine Temperatur von 22°C kontinuierlich mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 5 K/Stunde abgekühlt.
Danach werden die behandelten Halsrohlinge in ihrer versiegelten, gasdichten Umhüllung aus der Wärmebehandlungskammer entnommen und mittels einer Vakuumpumpe erfolgt eine zweite Evakuierung. Anschließend erfolgt die Entnahme der behandelten Rohlinge aus der Umhüllung und die weitere Bearbeitung zu Bassgitarrenhälsen.

Ausführungsbeispiel 3: Herstellung eines Griffbrettes für elektrische Gitarren

Fig. 3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Griffbrett für elektrische Gitarren, das aus einem erfindungsgemäß behandelten Rohling gefertigt wird.
Die verwendeten Rohlinge (Bretter: 70 mm x 8 mm x 500 mm (tangential x radial x longitudinal) aus Weißbuche werden mit Wasserdampf bei 101°C befeuchtet. Anschließend werden die Rohlinge in eine hydraulisch betriebene Presse überführt und um 25 % auf 6 mm in Radialrichtung verkleinert. Dann wird der in Radialrichtung verkleinerte Rohling in eine Formfixierung überführt und fixiert, so dass die verringerte Abmessung in Radialrichtung beibehalten wird.
In einer Klimakammer werden die formfixierten Rohlinge zueinander beabstandet gelagert. Der Feuchtegehalt liegt bei 30 %. Die Behandlung dient der gleichmäßigen Klimatisierung und erfolgt bei 20°C und 45 % relative Luftfeuchte, sodass sich eine Holzfeuchte von 8 % einstellt. Die Dauer der Behandlung beträgt 48 Stunden.
Anschließend werden die einzelnen formfixierten Rohlinge mit einer thermisch resistenten und druckstabilen Kunststofffolie aus Silikon formschlüssig und luftdicht versiegelt. In einem nächsten Schritt wird mit einer Vakuumpumpe die Luft aus der thermischen Umhüllung evakuiert und die Umhüllung gasdicht verschlossen. Im folgenden Schritt erfolgt die Überführung der umhüllten Rohlinge in eine Wärmekammer. Darin durchlaufen die zu behandelnden Hölzer folgendes Temperaturregime:
In Phase I erfolgt ein erstes, sukzessives Aufheizen des Innenraumes der Wärmebehandlungskammer und der darin gelagerten, umhüllten formfixierten Rohlinge auf eine Behandlungstemperatur von 140°C. Das Aufheizen erfolgt stetig mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5 K/Stunde. Die Phase I ist nach 24 Stunden abgeschlossen.
In Phase II erfolgt die erste Wärmebehandlung mit konstanter Behandlungstemperatur von 140°C über einen Zeitraum von 3 Stunden.
In Phase III erfolgt ein zweites, sukzessives Aufheizen auf eine Behandlungstemperatur von 160°C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5 K/Stunde über einen Zeitraum von 4 Stunden. Nachfolgend erfolgt in Phase IV eine zweite Wärmebehandlung mit einer konstanten Behandlungstemperatur von 160 °C über einen Zeitraum von etwa 9,5 Stunden.
In Phase V erfolgt ein erstes sukzessives Abkühlen auf eine Behandlungstemperatur von 140°C mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 5 K/Stunde.
Danach erfolgt in Phase VI eine Wärmebehandlung mit konstanter Behandlungstemperatur von 140°C über einen Zeitraum von 2 Stunden.
Nachfolgend werden die zu behandelnden Rohlinge in einer zweiten sukzessiven Abkühlphase auf eine Temperatur von 20°C kontinuierlich mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 5 K/Stunde abgekühlt.
Nach dem Abschluss der Wärmebehandlung werden die behandelten Griffbrettrohlinge in ihrer versiegelten, gasdichten Umhüllung aus der Wärmebehandlungskammer entnommen und mittels einer Vakuumpumpe erfolgt eine zweite Evakuierung.
Danach verbleiben die behandelten Zargenrohlinge im versiegelten Zustand bei einer Temperatur von 20°C. Anschließend erfolgt die Entnahme der behandelten Griffbrettrohlinge aus der Versiegelung und die weitere Bearbeitung zu einem Griffbrett für elektrische Gitarren.

Ausführungsbeispiel 4: Herstellung eines Kessels in Fassbauweise für Schlagzeuge

Fig. 4 zeigt einen Schlagzeugkessel aus miteinander verbundenen, erfindungsgemäß hergestellten Einzelsegmenten.
Die verwendeten Rohlinge (Bretter: 52 mm x 250 mm x 900 mm - tangential x radial x longitudinal) aus Bergahorn werden in einer Klimakammer zueinander beabstandet gelagert. Der Feuchtegehalt liegt bei 12 %. Die Behandlung dient zur gleichmäßigen Klimatisierung und erfolgt bei 22 °C und 50 % relative Luftfeuchte, sodass sich eine Holzfeuchte von 9 % einstellt. Die Dauer der Klimatisierung beträgt 15 Stunden.
Anschließend werden die einzelnen Rohlinge mit einer thermisch resistenten und druckstabilen Kunststofffolie aus Silikon formschlüssig und luftdicht versiegelt. In einem nächsten Schritt wird mit einer Vakuumpumpe die Luft aus der thermischen Umhüllung evakuiert und die Umhüllung gasdicht verschlossen. Im folgenden Schritt erfolgt die Überführung der umhüllten Rohlinge in eine Wärmekammer. Darin durchlaufen die zu behandelnden Hölzer folgendes Temperaturregime:
In Phase I erfolgt ein erstes, sukzessives Aufheizen des Innenraumes der Wärmebehandlungskammer und der darin gelagerten, umhüllten Rohlinge auf eine Behandlungstemperatur von 130°C. Das Aufheizen erfolgt stetig mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5 K/Stunde. Die Phase I ist nach 22 abgeschlossen.
In Phase II erfolgt die erste Wärmebehandlung mit konstanter Behandlungstemperatur von 130°C über einen Zeitraum von 2 Stunden.
In Phase III erfolgt ein zweites, sukzessives Aufheizen auf eine Behandlungstemperatur von 150°C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5 K/Stunde über einen Zeitraum von 2,5 Stunden. Nachfolgend erfolgt in Phase IV eine zweite Wärmebehandlung mit einer konstanten Behandlungstemperatur von 150°C über einen Zeitraum von etwa 12 Stunden.
In Phase V erfolgt ein erstes sukzessives Abkühlen auf eine Behandlungstemperatur von 130°C mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 5 K/Stunde.
Danach erfolgt in Phase VI eine Wärmebehandlung mit konstanter Behandlungstemperatur von 130°C über einen Zeitraum von 2 Stunden.
Nachfolgend werden die zu behandelnden Rohlinge in einer zweiten sukzessiven Abkühlphase auf eine Temperatur von 20°C kontinuierlich mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 5 K/Stunde abgekühlt.
Nach dem Abschluss der Wärmebehandlung werden die behandelten Rohlinge in ihrer versiegelten, gasdichten Umhüllung aus der Wärmebehandlungskammer entnommen.
Danach lagern die behandelten Rohlinge im versiegelten Zustand bei einer Temperatur von 20 °C. Anschließend erfolgt die Entnahme der behandelten Rohlinge aus der Umhüllung.
Dann schließen sich die bekannten Fertigungschritte bei der Herstellung von Schlagzeugkesseln in Fassbauweise an:
Sägen und endkonturnahes Fräsen zu Einzelsegmente, Fügen (Verkleben) der Segmente zu einem Vieleck mit anschließendem Formfräsen zu einem Hohlzylinder und finaler Oberflächenbehandlung.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Tonholz zur Herstellung von Musikinstrumenten unter Verwendung heimischer Holzarten von Rotbuche, Fichte, Ahorn, Esche, Douglasie, Kiefer, Rotzeder oder Weißbuche wobei in
einem ersten Schritt die zugeschnittenen Werkstücke, Bretter oder Leisten in einer Klimakammer vereinzelt gelagert und bei Temperaturen zwischen 20°C und 30°C, bevorzugt bei 25°C und einer relativen Luftfeuchte von 45 % bis 65 %, bevorzugt von 50 % bis 60 %, besonders bevorzugt von 55 % bis zu einer gleichmäßigen Durchfeuchtung mit einer Holzfeuchte von 8 % bis 22 % klimatisiert werden,
in einem zweiten Schritt die aus der Klimakammer entnommenen Bretter oder Leisten separat mit geeigneten Mitteln umhüllt werden, um den Zutritt von Sauerstoff aus der Atmosphäre zu verhindern oder zu reduzieren,
in einem dritten Schritt die Luft aus der Umhüllung mit geeigneten Mitteln evakuiert und die Umhüllung gasdicht verschlossen wird,
in einem vierten Schritt die, in den versiegelten und evakuierten Umhüllungen befindlichen Bretter oder Leisten in einer Wärmebehandlungskammer thermisch behandelt werden, wobei die Werkstücke folgende Phasen durchlaufen:
- In einer ersten Phase erfolgt ein erstes, sukzessives Aufheizen der zu behandelnden Werkstücke auf eine Temperatur von 140°C ± 10K;

- In einer zweiten Phase erfolgt eine erste Wärmebehandlung mit konstanter Behandlungstemperatur von 140°C ± 10K über einen Zeitraum von 2 bis 6 Stunden;

- In einer dritten Phase erfolgt ein zweites, sukzessives Aufheizen auf eine Behandlungstemperatur von 150°C bis 160°C, bevorzugt von 152°C bis 158°C;

- In einer vierten Phase erfolgt eine zweite Wärmebehandlung mit einer konstanten Behandlungstemperatur, die am Ende der dritten Phase erreicht wurde, über einen Zeitraum von bis zu 10 Stunden;

- In einer fünften Phase erfolgt ein erstes, sukzessives Abkühlen der zu behandelnden Werkstücke auf eine Behandlungstemperatur von 130°C bis 150°C, bevorzugt von 140°C;

- In einer sechsten Phase erfolgt eine erste Konditionierung der Werkstücke bei einer Behandlungstemperatur von 130°C bis 150°C, bevorzugt von 140°C;

- In einer siebten Phase erfolgt eine zweite sukzessive Abkühlung der zu behandelnden Werkstücke auf eine Temperatur von 20°C bis 30°C, bevorzugt auf 25°C;
in einem fünften Schritt werden die behandelten Werkstücke nach dem Abschluss der Wärmebehandlung in ihrer versiegelten, gasdichten Umhüllung aus der Wärmebehandlungskammer entnommen und die gasdicht umhüllten Leisten oder Bretter optional einem Vakuum zur Evakuierung der entstandenen Gase und Geruchsstoffe ausgesetzt werden und die behandelten Werkstücke im versiegelten Zustand bei Temperaturen im Bereich zwischen 18°C und 30°C, besonders bevorzugt bei 25°C, über einen Zeitraum von mindestens 24 Stunden gelagert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Umhüllung der vereinzelten Bretter oder Leisten thermisch resistente, druckstabile, flexible Materialien, wie Folien, Schläuche oder Schlauchbeutel verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Mittel zur Umhüllung der vereinzelten Bretter oder Leisten formschlüssig gestaltet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Umhüllung der vereinzelten Bretter oder Leisten Mittel zum gasdichten Verschluss aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Umhüllung der vereinzelten Bretter oder Leisten Mittel zum Evakuieren der Luft aus dem Innenraum aufweisen.
Verwendung von Tonholz aus heimischen Holzarten von Rotbuche, Fichte, Ahorn, Esche, Douglasie, Kiefer, Rotzeder oder Weißbuche, hergestellt nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, zur Fertigung von Musikinstrumenten oder Teilen davon.