Verfahren zum Bearbeiten von Oberflächen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Oberflächen, insbesondere von flächigen, ebenen Bauelementen aus Holz bzw. Holzwerkstoffen, bevorzugt von MDF- oder HDF-Platten. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Bearbeiten, insbesondere zum Glätten von Oberflächen, bevorzugt von MDF- oder HDF-Platten.

Durch die spanende Bearbeitung von Holzwerkstoffen, insb. Schleifen von Holzfaserplatten (MDF u. HDF), werden nicht alle Fasern sauber abgetrennt, sondern zum Teil herausgerissen oder angedrückt. Beim nachfolgenden Auftragen von Grundierungen, Lacken oder pulverförmigen Beschichtungen sowie Klebstoffen, wird die Werkstoffoberfläche mit Wasser oder Lösungsmittel benetzt. Dadurch richten sich die Fasern wieder auf und erfordern einen wiederholten Schliff oder Spachteln der Oberfläche, zudem kommt es zum versickern der Beschichtungswerkstoffe was die Auftragsmenge erhöht und die Qualität verschlechtert. Dieser Effekt führt vor allem bei direkt bedruckten Möbelteilen und Laminatfussböden (DPR) mit grosser Produktionsmenge zu hohen Kosten und aufwändigen Zwischenschritten in der Beschichtung.

Das Thermoglätten basiert auf der Einwirkung von thermischer Energie und mechanischem Druck auf die Oberfläche von Holz oder Holzwerkstoffen. Die losen Holzfasern werden dabei im Gegensatz zu spanenden Bearbeitungsverfahren an der Oberfläche verpresst. Auf Grund der Wärmezufuhr aus dem Glättwerkzeug, z.B. einer Glättwalze, erweicht das Lignin in diesen Fasern und in den oberen Schichten des Holzwerkstoffes. Mit Hilfe des plastifizierten Lignins werden die losen Holzfasern an der Werkstückoberfläche fixiert. Durch die Druckeinwirkung kommt es zu einer zusätzlichen Verdichtung der behandelten Oberfläche. Die Tiefe der chemisch modifizierten und verdichteten O- berflächenschicht ist von den technologischen Parametern des Verfahrens und den Eigenschaften des Werkstoffs abhängig. Bei einer typischen Einwirkungszeit von 10-25μs ist von einer geringen Tiefenwirkung über das mechanisch verdichtete Volumen hinaus auszugehen. Die modifizierte Schicht errecht eine Dicke von ca. 50 μm.

Aus der Furnierbearbeitung ist das Furnierglätten bekannt, bei dem mittels Druck und Wärme die Welligkeit der Furnierblätter reduziert wird. Dazu werden in der Regel Pressen verwendet.

In der Möbelindustrie wurden in der Vergangenheit zunehmend auch 3D-Möbelfronten aus MDF hergestellt. Die Innen- und Aussenprofile werden dabei gefräst, was durch die erhöhte Rauheit bei der folgenden Beschichtung mit Farben, Lack oder pulverförmigen Beschichtungsmaterialien zum versickern dieser Beschichtungen führte. Am Institut für Holztechnologie in Dresden (IHD) wurden Verfahren entwickelt, um mit beheizten Werkzeugen durch Druck und Reibung die Oberfläche wieder zu glätten. Dies führte zu glatten und verschlossenen Oberflächen, wodurch Lack- und Farbmengen erheblich reduziert werden konnten und das Pulverbeschichten überhaupt ermöglicht wurde. Mittlerweile gelten neben dem Schleifen vier Glättverfahren für die Nachbearbeitung von gefrästen Konturen von MDF-Werkstoffen als verfahrenstechnisch entwickelt. „Reibglätten" von Konturen mittels rotierender und durch Friktion erwärmter Werkzeuge in CNC- Oberfräsmaschinen, „Rollglätten" von profilierten Schmalflächen mittels beheizter Rollen ohne eigenen Antrieb nach Durchlaufbearbeitungsmaschinen (Doppelendprofiler), „Fixglätten" mittels beheizter, nicht rotierender Werkzeuge in CNC-Oberfräsmaschinen und „Ultraschallglätten" im Durchlaufverfahren durch Hochleistungsultraschall angeregte flache Werkzeuge.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zum Trocknen und Glätten von Furnierblättern mittels erwärmter Walzen, die mit definiertem Druck längs einer Linie auf die zu behandelnden Oberflächen einwirken (DE-C-4213690), wodurch die Furnierblätter verdichtete, seidenartig glänzende Oberflächen erhalten sollen. Die Oberflächentemperatur der Walzen soll dabei 160°C-250°C betragen. In der DE-C-19518365 ist ein Verfahren zur Stabilisierung der Temperatur von Glättwerkzeugen angegeben, bei dem die Werkzeugtemperatur sowie der Temperaturanstieg gemessen werden und nachfolgend Drehzahl und Vorschub eines Werkzeugantriebes unter Verwendung eines Fuzzy-Reglers geregelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bearbeiten von Oberflächen, insbesondere von flächigen, ebenen Bauelementen aus Holz bzw. Holzwerkstoffen, bevorzugt von MDF- oder HDF-Platten zu entwickeln, das einen geringeren Aufwand bei der Oberflächenveredelung erfordert.

Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Plattenoberfläche mittels mindestens einer erwärmten Walze, die auf die zu behandelnde Oberfläche mit definiertem Druck im wesentlichen quer zur Laufrichtung einwirkt, geglättet wird. Der Glätteffekt und die Dicke der modifizierten Schicht hängen von der Temperatur der Walze, der Einwirkungszeit, dem Druck aber auch von den Werkstoffeigenschaften (Anteil Lignin an der Oberfläche) ab. Das Glätten erfolgt durch Rollglätten. Geschliffene Holzplatten sind für eine Direktlackierung an sich nur bedingt geeignet, da Lack oder Grundierung in der aufgrauten Oberfläche schnell versickern (wegschlagen). Von daher ist es notwendig, die Oberflächen nach dem Schleifen wieder zu verdichten und so eine möglichst geschlossene Oberfläche zu erzielen. Dadurch kann nicht nur wesentlich an Lackmengen eingespart werden, sondern auch meist der Lackzwischenschliff weggelassen werden, wodurch sich der gesamte Bearbeitungsaufwand deutlich reduzieren lässt. Im Gegensatz zum Stand der Technik, durch Fräsen profilierte MDF-Werkstücke zu glätten um bei der Beschichtung einen Zwischenschliff zu vermeiden, wird erfindungsgemäss die Oberfläche von Holzwerkstoffplatten nach dem Kalibrier- und Feinschliff als Vorbereitung für die nachfolgende Beschichtung geglättet. Der grosse Vorteil liegt darin, dass die MDF- oder HDF-Platten nach dem Schleifen eine genaue Dickentoleranz aufweisen, die es ermöglicht fluchtende Möbelfronten und Laminatfussböden herzustellen. Durch das Thermoglätten der geschliffenen Oberfläche erhält man eine glatte und geschlossene Oberfläche mit sehr geringer Rauheit und eine wesentlich verringerte Saugfähigkeit. Die neue, geglättete und verdichtete Oberfläche weist ideale Eigenschaften für die Nass- und Pulverlackie- rung auf. Lackmengen können reduziert und auf aufwändige Zwischenschritte in der Beschichtung kann verzichtet werden.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen offenbart.

Die Ligninerweichung erfolgt ab einer Temperatur von 70-80 ⁰ C je nach Holzwerkstoff. Aufgrund der kurzen Einwirkungszeit beim Rollglätten werden Werkzeugtemperaturen von 250-450 ⁰ C eingesetzt, wobei zwischen 300-400 ⁰ C die besten und wirtschaftlichsten Resultate erreicht werden können. Der benötigte Liniendruck hängt von der Werkstoffdichte ab und kann bis zu 50kN/m betragen, üblicherweise bewegt er sich um 5-10 kN/m.

Wird eine sehr glatte Glättwalze mit einer erhöhten oder verringerten Umfangsgeschwindigkeit zur Werkstückvorschubgeschwindigkeit gedreht, gleitet die Walzenoberfläche auf der Holzoberfläche und man erhält man einen zusätzlichen Glätteffekt. Dabei muss aber der Druck vermindert werden, um die entstehende Friktionswärme und den Verschleiss in Grenzen zu behalten.

Mit einem geeigneten Wärmeverfahren, zum Beispiel einem IR-Strahler, kann die Werkstückoberfläche vorgewärmt werden, damit das δT bei der ersten Glättwalze zur Plattenoberfläche wesentlich verringert wird. Dadurch kann die Durchlaufgeschwindigkeit gesteigert werden.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Bearbeiten, insbesondere zum Glätten von Oberflächen, bevorzugt von MDF- oder HDF-Platten zu schaffen, die ein verdichten geschliffener Oberflächen und damit deren vereinfachte Weiterbearbeitung ermöglicht. Diese Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen die

Fig. 1 : einen Kalander mit zwei Walzen

Fig. 2: hintereinander angeordnete Glättwalzenpaare.

Fig. 1 veranschaulicht einen Kalander mit zwei Walzen 1 , 2, wobei eine der beiden Walzen 1, 2 als Gegendruckelement eingesetzt werden kann und unbeheizt ist. Die Walzen 1, 2 sind gehärtet, geschliffen und z. T. poliert. Die Beheizung erfolgt durch Thermoöl, Dampf oder elektrisch. Mittels einer nicht dargestellten hydraulischen, pneu-

matischen oder elektromechanischen Spanneinrichtung, ist der Liniendruck im Walzenspalt stufenlos einstellbar. Mit ebenfalls nicht dargestellten Transportwalzen wird die Holz- oder Holzwerkstoffplatte 3 kontinuierlich in den Glättwalzenspalt transportiert. Die Glättwalzen könnten je nach Ausführung angetrieben oder frei drehend sein.

Fig. 2 zeigt mehrere hintereinander angeordnete Glättwalzenpaare 4, 5, 6 zur Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit. Es können so Geschwindigkeiten von über 50m/min erreicht werden. Zusätzlich ist hier noch eine optionale Vorheizeinheit mit IR-Strahler 7 aufgezeigt.