| US4469655A | 1984-09-04 | |||
| DE10361837A1 | 2005-05-19 | |||
| US4162877A | 1979-07-31 | |||
| DE102008026258A1 | 2009-12-03 | |||
| DE102008026258A1 | 2009-12-03 |
| Ansprüche 1. Verfahren zum Verpressen eines Holzwerkstoffgrundmaterials und eines wärmehärtbaren Bindemittels in einem Pressbereich während einer vorgebbaren Presszeit zu einem Holzwerkstoff- Formteil (3), wobei zum Aushärten des Bindemittels eine Wärmeübertragung in das Holzwerkstoff-Formteil in Form eines Dampfstoßes erfolgt und wobei vor der Wärmeübertragung in Form des DampfStoßes der im Preßbereich (5) herrschende Prozeß-Luftdruck gegenüber dem außerhalb des Preßbereichs (5) herrschenden atmosphärischen Luftdruck erhöht wird, ohne jedoch dabei dem Holzwerkstoff-Formteil Feuchtigkeit, insbesondere in Form von Wasserdampf zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragung nach dem Beginn des Pressens sowie im Pressbereich erfolgt und dass der Prozeß- Luftdruck im Pressbereich wenigstens bis nach Beginn des Pressens erhöht aufrecht erhalten und erst danach, aber vor Ende der Presszeit im Pressbereich gesteuert abgesenkt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Ende der Preßzeit eine teilweise Druckentlastung erfolgt. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Ende der Preßzeit eine vollständige Druckentlastung erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeß-Luftdruck wenigstens 0,5 bar über dem atmosphärischen Luftdruck liegt. 4. Presse (1, 10) für die Herstellung eines Holzwerkstoff- Formteiles (3) unter Verwendung eines Holzwerkstoffgrundmaterials und eines wärmehärtbaren Bindemittels, wobei zum Aushärten des Bindemittels eine Wärmeübertragung in das Holzwerkstoff-Formteil in Form eines Dampfstoßes erfolgt, wobei die Einetagenpresse (1) einen Preßraum (5), die kontinuierliche Presse (1) einen Pressbereich (5) und eine Vorrichtung (6, 7) zum Erzeugen eines Überdrucks aufweist derart, daß vor der Wärmeübertragung in Form eines DampfStoßes der im Preßraum (5) herrschende Prozeß-Luftdruck gegenüber dem außerhalb des Preßraums (5) herrschenden atmosphärischen Luftdruck erhöht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Druckentlastungseinrichtung (8, 19) während des Pressens der Prozeß-Luftdruck gezielt absenkbar ist. 6. Presse (1, 10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßraum (5), insbesondere in Gestalt eines Preßspaltes, als eine im wesentlichen geschlossene Druckkammer ausgeführt ist. 7. Presse (1, 10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Abdichtvorrichtung (19) den Preßspalt (5) beidseitig über eine Teillänge der Presse (10) abdichtet. 8. Presse (1, 10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine mit der Abdichtvorrichtung (19) verbundene und die Funktion der Abdichtvorrichtung (19) beeinflußbare Drucksteuerung. |
Verfahren zur Herstellung eines Holzwerkstoff-Formteiles
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Holzwerkstoff-Formteiles unter Verwendung eines
Holzwerkstoffgrundmaterials und eines wärmehärtbaren Bindemittels durch Pressen, wobei zum Aushärten des
Bindemittels eine Wärmeübertragung in das Holzwerkstoff- Formteil in Form eines DampfStoßes erfolgt.
Derartige Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Dauer der Preßzeit wird dabei in erster Linie davon beeinflußt, wie schnell das Bindemittel aushärtet An dem
Beispiel einer dreischichtig aufgebauten Holzwerkstoffplatte, die aus einer Mittelschicht, einer oberen und einer unteren Deckschicht besteht, werden nachfolgend die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungsansätze beschrieben.
Zur Herstellung der Platte wird eine dreischichtig aufgebaute Holzwerkstoffmatte (Vlies) , bestehend aus dem Holzwerkstoffgrundmaterial und einem wärmehärtbaren Bindemittel, einer Presse zugeführt. Anschließend findet ein Heißpreßvorgang statt. Das Aushärten des Bindemittels (Leim) in den äußeren Deckschichten erfolgt durch direkte Wärmezufuhr über beheizbare Preßplatten oder -bänder. Aufgrund der in die Platte eingebrachten Wärmeenergie einerseits und der sich in der Platte befindenden Feuchtigkeit andererseits bildet sich in der Platte ein Wasserdampfdruckgefälle aus.
Die zum Aushärten der Mittelschicht benötigte Wärmeenergie wird über den sogenannten Dampfstoß in die Platte
eingebracht. Hierzu werden die äußeren Preßplatten beispielsweise auf 0° Celsius erhitzt. Beim Pressen wird dann das Wasser (Leimwasser) in den Deckschichten erwärmt und bei Erreichen der Siedetemperatur (100°C) , schlagartig in die Dampfphase überführt. Dieser Dampf schießt wegen des Wasserdampfdruckgefälles vertikal von beiden Seiten der Platte in Richtung Plattenmitte. Dieser Vorgang wird als Dampfstoß bezeichnet.
Aufgrund des Temperaturgefälles zwischen den Außenseiten der Deckschichten und der Mitte der Mittelschicht (der Temperaturunterschied beträgt beispielsweise 75°C) kondensiert der Dampf in der noch kühlen Mittelschicht. Dabei wird Kondensationswärme freigesetzt, wodurch sich die Temperatur in der Mittelschicht erhöht. Die chemischen Aushärtungsreaktionen in der Mittelschicht laufen schneller ab und es vergeht weniger Zeit, bis das Bindemittel ausgehärtet ist, wodurch sich im Ergebnis die benötigte Preßzeit verkürzt. Dieses Dampfstoß-Prinzip wird bei der Herstellung von zahlreichen Holzwerkstoff-Formteilen eingesetzt, beispielsweise bei der Herstellung von Spanplatten, MDF, OSB etc.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, das Dampfstoß- Prinzip dadurch zu optimieren, daß der Wasserdampf zuvor erhitzt und als Heißdampf unter Druck in das Holzwerkstoff-Formteil eingeblasen wird. Man spricht dabei auch von der Dampfinjektionstechnik. Hierdurch ist in bedingtem Maße auch eine Verkürzung der Preßzeit möglich.
Von Nachteil ist es jedoch, daß bei der Dampfinjektionstechnik auch mehr Wasser in das Innere des Holzwerkstoff-Formteiles gelangt. Wegen des Grundprinzips von
Druck und Gegendruck wird bei der Dampfinjektionstechnik der Innendruck in dem Holzwerkstoff-Formteil stark erhöht. Wenn sich die Presse öffnet, muß das Bindemittel im Inneren des Formteils bereits so weit ausgehärtet sein, daß der innere Dampfdruck nicht zu einer Beschädigung (Abplatzen von Teilen) oder Zerstörung des Formteils (Delaminieren) führt. Es wird versucht, diesem Nachteil mit aufwendigen Kühlvorrichtungen zum Kühlen der Formteile nach dem Heißpressen zu begegnen. Dennoch muß die Presse bei der Dampfinjektionstechnik vergleichsweise lange geschlossen bleiben, so daß der zeitliche Vorteil der schnellen Aushärtung des Bindemittels teilweise wieder aufgehoben wird.
In DE 1 2008 026 258 wurde vorgeschlagen, den Dampfstoß unter erhöhtem Druck stattfinden zu lassen. Das dort beschrieben Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß vor der Wärmeübertragung in Form eines Dampfstoßes der im Preßraum herrschende Prozeß-Luftdruck gegenüber dem außerhalb des Preßraums herrschenden atmosphärischen Luftdruck erhöht wird, ohne jedoch darüber hinaus dem Holzwerkstoff-Formteil Feuchtigkeit, insbesondere in Form von Wasserdampf, zuzuführen. Eine für die Herstellung eines solchen Holzwerkstoff-Formteiles vorgesehene Presse ist gekennzeichnet durch einen Preßraum und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Überdrucks derart, daß vor der Wärmeübertragung in Form eines Dampfstoßes der im Preßraum herrschende Prozeß-Luftdruck gegenüber dem außerhalb des Preßraums herrschenden atmosphärischen Luftdruck erhöht werden kann, ohne jedoch darüber hinaus dem Holzwerkstoff- Formteil Feuchtigkeit, insbesondere in Form von Wasserdampf, zuzuführen.
Durch Anlegen und Aufrechterhalten eines äußeren Überdruckes während des Preßvorgangs wird bei DE 1 2008 026 258 erreicht, daß der Siedepunkt des Wassers über 10°C hinaus erhöht wird. Das hat zur Folge, daß mit einem Dampfstoß bei z.B. 1 °C deutlich mehr Wärmeenergie in die Mittelschicht des Holzwerkstoff-Formteils eingebracht werden kann. Diese erhöhte Wärmemenge, die bei der Kondensation des Wasserdampfes in der noch kalten Mittelschicht frei wird, führt zu einer gegenüber der herkömmlichen Dampfstoß-Technik deutlich höheren Temperatur in der Mittelschicht, mit der Folge, daß die Aushärtungsreaktionen des Leimes deutlich schneller ablaufen. Zusammengefaßt erfolgt mit der in DE 1 2008 026 258 beschriebenen Technik der Dampfstoß bei einer höheren Temperatur, was zu einer Verkürzung der Preßzeit führt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Technik zur Herstellung eines Holzwerkstoff-Formteiles bereitzustellen, mit deren Hilfe die Preßzeit noch weiter verkürzt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. durch eine Presse nach Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .
Die im Folgenden im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Vorteile und Ausgestaltungen gelten sinngemäß auch für die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und umgekehrt.
Kern der vorliegenden Erfindung ist es, daß während des Pressens eine gezielte Absenkung des Prozeß-Luftdruckes zur Initiierung des DampfStoßes erfolgt. Zu diesem Zweck ist eine
erfindungsgemäße Presse mit einer Druckentlastungseinrichtung versehen, damit während des Pressens der Prozeß-Luftdruck gezielt, auch alternierend absenkbar ist. Durch eine gezielte Druckentlastung während der Preßzeit erfolgt eine schlagartige Durchwärmung des Materials, wobei Zeitpunkt und Ablauf der Durchwärmung beeinflußbar sind.
Die vorliegende Erfindung beruht auf den in DE 1 2008 026 258 beschriebenen grundlegenden Erkenntnissen, wie sie nachfolgend beschrieben sind:
Danach wird die in eine technologische Sackgasse führende Dampfinjektionstechnik, bei der heißer Wasserdampf unter Druck in das Formteil eingepreßt wird, nicht mehr weiterverfolgt. Statt dessen erfolgt eine Rückkehr zu der ursprünglichen Dampfstoß-Technik, bei welcher der Dampfstoß selbsttätig bei Erreichen der Siedetemperatur erfolgt. Diese Dampfstoß-Technik wird in DE 1 2008 026 258 dadurch verbessert, daß während des Preßvorgangs zumindest im Preßraum der Presse der Luftdruck größer ist als der Atmosphärendruck der Umgebung. Der Pressvorgang findet mit anderen Worten unter Überdruck statt, z.B. bei 1,5 bar. Bei einem solchen Überdruck verdampft das Wasser bei höheren Temperaturen, beispielsweise bei 11°C. Der Dampfstoß erfolgt immer noch selbsttätig, diesmal allerdings bei einer höheren Temperatur. Im Vergleich mit einem unter Atmosphärendruck ablaufenden Verfahren erfolgt der Dampfstoß unter Umständen zwar zu einem etwas späteren Zeitpunkt, jedoch mit einem entsprechend der höheren Siedetemperatur wesentlich höheren Energiegehalt .
Die in DE 1 2008 026 258 beschriebene Erfindung macht sich die Abhängigkeit von Siedetemperatur Und Siededruck
voneinander zu Nutze. Durch eine Druckerhöhung von beispielsweise 0,5 bar = 500 hPa wird eine Erhöhung der Siedetemperatur des Wassers von 10°C auf ungefähr 11°C erreicht. Dadurch erhöht sich der Energiegehalt des Wasserdampfes gegenüber einem bei Atmosphärendruck ablaufenden Verfahren. Bei Einsatz der gleichen Menge Wasser kann mit Hilfe des Dampfstoßes mehr Wärme in das Innere des Holzwerkstoff-Formteils übertragen werden. Dadurch erhöht sich die erreichbare Temperatur in der Mittelschicht. Gemäß der van' t-Hoffsehen Regel (RGT-Regel), wonach sich die Reaktionsgeschwindigkeit etwa verdoppelt, wenn die Temperatur um 1°C erhöht wird, ergibt sich damit eine deutlich erhöhte Reaktionsgeschwindigkeit für die chemischen
Aushärtungsreaktionen des Bindemittels. Im Ergebnis läßt sich die Preßzeit deutlich verkürzen, wobei die Gefahr einer Delaminierung nicht mehr vorhanden ist, da kein zusätzlicher Wasserdampf in das Formteil eingebracht wird.
Im Gegensatz zu der ursprünglichen Dampfstoß-Technik, bei dem die in das Holzwerkstoff-Formteil eingebrachte Wärmeenergie im wesentlichen dadurch erhöht wird, dass die Menge des verwendeten Wasserdampfes vergrößert wird, gründet die in DE 1 2008 026 258 beschriebene Erfindung auf der Überlegung, die Reaktionsgeschwindigkeit der Aushärtungsreaktionen des Bindemittels dadurch zu erhöhen, daß mit einer gleichen Menge Wasserdampf mehr Wärmeenergie übertragen wir. Dadurch kann ohne die Nachteile eines erhöhten Innendrucks eine hohe Proze temperatur erreicht werden.
Bei dem entstehenden Wasserdampf handelt es sich um diejenigen Feuchtigkeitsanteile der Luft, die
vorausgesetzt, daß keine trockene Lugt als Prozeßatmosphäre verwendet wird - ohnehin bereits in der Luft enthalten sind,
als auch um den Wasserdampf, der seinen Ursprung in dem Leimwasser der Deckschichten hat.
Folgende Darstellung soll noch einmal den Unterschied zwischen der bekannten Dampfinjektionstechnik und der in DE 1 2008 026 258 beschriebenen Erfindung verdeutlichen:
Bei der herkömmlichen Dampfin ektionstechnik ergeben sich die Partialdruckverhältnisse aus einer Kombination von (feuchter) Luft einerseits und zusätzlich in das System eingebrachtem überhitzten Wasserdampf andererseits:
P (gesamt) = p (Luft ) + p(Was9er)
Bei Erreichen der Siedetemperatur von 10°C ergibt sich der Dampfstoß aus dem in der feuchten Luft enthaltenen Wasserdampf sowie aus dem Wasserdampf, der seinen Ursprung in dem Leimwasser der Deckschichten hat ' sowie aus dem zusätzlich eingebrachten überhitzten Wasserdampf.
Bei der in DE 1 2008 026 258 beschriebenen Erfindung wird auf das Einbringen von überhitztem Wasserdampf verzichtet. In der Druckkammer befindet sich nur die übliche Prozeßatmosphäre, in der Regel Luft in üblicher Zusammensetzung (78% Stickstoff, 21% Sauerstoff, ...). Es folgt:
Pgesamt= P (Luft )
Der Dampfstoß, der sich bei Erreichen der (erhöhten) Siedetemperatur von beispielsweise 11°C ergibt, enthält deutlich weniger Feuchtigkeit und zugleich eine höhere Wärmeenergie, was zu den oben geschilderten Vorteilen führt.
Da der Preßvorgang unter Überdruck abläuft, ist eine Druckkammer vorgesehen, in welcher der gewünschte Überdruck herrscht. Unter dem atmosphärischen Luftdruck ist dann der außerhalb der Druckkammer in der Atmosphäre herrschende, durch das Gewicht der Luft verursachte Luftdruck zu verstehen, Unter Prozeß-Luftdruck ist hingegen der Luftdruck derjenigen Umgebung zu verstehen, in welcher der Preßvorgang stattfindet. Da der Preßvorgang stets in einem Preßraum stattfindet, beispielsweise in dem zwischen Preßplatten oder -bändern angeordneten Preßspalt, ist der Prozeß-Luftdruck mit anderen Worten der (zumindest) im Preßraum herrschende Luftdruck, dem das herzustellende Holzwerkstoff-Formteil ausgesetzt ist. In einer Ausführungsform der in DE 1 2008 026 258 beschriebenen Erfindung ist der Preßraum, insbesondere in Gestalt des Preßspaltes, zum Erreichen des gewünschten Überdrucks als eine im wesentlichen geschlossene Druckkammer ausgeführt. In einer anderen Ausführungsform der in DE 1 2008 026 25 8 beschriebenen Erfindung ist eine Druckkammer- vorgesehen, die neben dem eigentlichen Preßraum weitere Teile der Presse umschließt. In einer weiteren Ausführungsform der in DE 1 2008 026 258 beschriebenen Erfindung weist die Presse eine sie vollständig umgebende Druckkammer auf; die gesamte Presse befindet sich dann innerhalb der Druckkammer.
Die in DE 1 2008 026 258 beschriebene Presse weist hierfür geeignete technische Einrichtungen auf, die dem Fachmann geläufig sind und daher an dieser Stelle nicht im einzelnen aufgeführt werden müssen. Ist beispielsweise der Preßspalt als Druckkammer ausgebildet, so sind Vorrichtungen zum Abdichten des Preßspaltes vorgesehen, z.B. seitlich angebrachte Dichtungsringe, Andruckvorrichtungen etc. Bei diskontinuierlich arbeitenden Pressen, beispielsweise
diskontinuierlich arbeitenden Ein- oder Mehretagenpressen, ist es möglich, seitliche Abdichtungsflächen bereitstellen, die beim Schließen der Presse alle vier Seiten abdichten. Neben den baulichen Elementen und Dichtungen zur Abgrenzung der Druckkammer ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Überdrucks bereitzustellen. Dabei kann es sich um einen Überdruckbehälter handeln, der einen Überdruck von beispielsweise 0,5 bis 1 bar bereitstellt. Aus diesem kann über Druckleitungen ein Überdruck in die Druckkammer eingespeist wird. So kann der Siedepunkt des Wassers auf z.B. 11°C bis 0°C eingestellt werden.
Ergänzend zu den obigen Erkenntnissen, wie sie in DE 1 2008 026 258 beschrieben sind, beruht die vorliegende Erfindung auf folgenden Überlegungen:
Während bei dem ursprünglichen Dampfstoß-Verfahren der Dampfstoß stets spontan erfolgte und auch bei der in DE 1 2008 026 25 8 beschriebenen Technik ein spontaner Dampfstoß hervorgerufen wird, schlägt die vorliegende Erfindung vor, das Prinzip des Dampfstoßes unter erhöhtem Druck beizubehalten, jedoch den Zeitpunkt des Dampfstoßes zu beeinflussen. Mit anderen Worten findet kein spontaner Dampf stoß mehr statt. Statt dessen wird der Zeitpunkt des Dampfstoßes gezielt gesteuert. Der Dampfstoß wird mit anderen Worten initiiert. Im folgenden wird daher auch von einem „forcierten Dampfstoß" gesprochen. Anders ausgedrückt wird durch eine geschickte Steuerung der Druckverläufe während des Preßvorgangs eine Dampf ewegung (Dampfstoß) innerhalb der Matte forciert.
Eine Grundidee der vorliegenden Erfindung liegt somit in einem zusätzlichen Entlastungsschritt nämlich einer
gezielten Absenkung des zuvor aufgebauten Prozeß-Luftdruckes während des Pressens. Es erfolgt mit anderen Worten eine Druckentlastung vor Ende der Preßzeit, Diese Druckentlastung erfolgt, je nach Anwendungsfall, entweder teilweise oder vollständig. Anders ausgedrückt kann auch nach der Druckentlastung ein erhöhter Prozeß-Luftdruck vorhanden sein oder aber der Prozeß-Luftdruckes entspricht wieder dem außerhalb des Preßraums herrschenden atmosphärischen Luftdruck.
Durch diesen gezielten Druckabbau werden extrem schnelle Temperaturanstiege in dem Vlies erzielt. Dabei steigt die Innentemperatur nicht nur besonders schnell, sondern auch auf Werte, die ü l ic h erweise nicht erreicht werden. Damit liegt einer deutlich erhöhter Energiegehalt vor. Anders ausgedrückt kann mehr Energie in die Mittelschicht der Matte eingebracht werden, Es erfolgt eine schlagartige Durchwärmung des Materials, verbunden mit einem hohen Energieeintrag, was im Ergebnis zu einer deutlichen Verkürzung der Preßzeiten führt.
Dieses Prinzip wird nachfolgend genauer erläutert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das an der Oberfläche der Matte befindliche Wasser durch den erhöhten Druck am Sieden gehindert. Dadurch können an dieser Stelle Temperaturen von deutlich über 10°C erreicht werden. Durch ein gezieltes Absenken des Prozeß-Luftdruckes ist ein abrupter Anstieg der Innentemperatur der Matte zu verzeichnen, der durch den aufgrund der Druckentlastung schlagartig entstehenden Wasserdampf hervorgerufen wird. Wie bei dem Dampfstoß-Prinzip bekannt, kann sich auch hier der Wasserdampf ausschließlich in Richtung der Mitte der Matte ausbreiten, was zu sehr starken Temperaturanstiegen führt. Dabei können gegenüber allen anderen, aus dem Stand der Technik bekannten Dampfstoß- Techniken sehr viel größere Temperaturerhöhungen in äußerst kurzer Zeit gemessen werden. So wurde beispielsweise bei einem Vlies, bei dem eine Druckentlastung nach ca. 3: Minuten Preßzeit erfolgte, ein Anstieg der Innentemperatur von 70°C um 47°K auf 117°C innerhalb von 1 Sekunden nach der Druckentlastung gemessen.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß durch das gezielte Forcieren des Dampfstoßes der Zeitpunkt des DampfStoßes, d. 11. der Zeitpunkt, zu dem die Energie in die Mittelschicht der Matte geschickt wird, optimal gewählt werden kann. Im Ergebnis führt dies zu einer nochmaligen Verkürzung der Preßzeit.
Eine optimale Wahl des Zeitpunktes des Dampfstoßes bedeutet, daß der Zeitpunkt der Druckentlastung so gewählt wird, daß die verbleibende Restzeit, die das Vlies in der Presse verbleibt, gerade noch ausreicht, um das Holzwerkstoff- Formteil auszuhärten, d.h. die chemischen Bindungen zumindest so weit zu stabilisieren, daß das Holzwerkstoff-Formteil beim Öffnen der Presse nicht platzt (delaminiert) .
Zugleich bedeutet ein Forcieren des Dampfstoßes durch eine beeinflußbare Druckentlastung, daß die Stärke des Dampfstoßes gezielt beeinflußt werden kann. Anders ausgedrückt kann durch die Art und Weise, wie die Druckentlastung durchgeführt wird, beeinflußt werden, mit welcher Geschwindigkeit der Dampfstoß in Richtung Mittelschicht strömt. Dies kann geregelt werden durch ein definiertes Absenken des Prozeßdruckes. Läßt man beispielsweise den Prozeß-Luftdruck spontan auf 1 bar zusammenbrechen, wird der Dampfstoß vehement ausfallen. Wird der Druck innerhalb eines Zeitraums von beispielsweise einigen Sekunden abgebaut, ist dies für die Struktur der des
Formteils schonender. Eine zu schnelle Druckentlastung, die möglicherweise zu einer Schädigung der Struktur der Holzmatrix führen könnte, wird somit vermieden. Mit anderen orten kann ein verzögertes Absenken des Prozeß-Luftdruckes die Struktur des herzustellenden Holzwerkstoff-Formteils schonen. Daher ist es von Vorteil, wenn eine Drucksteuerung vorgesehen ist, mit deren Hilfe die Abdichtvorrichtung derart beeinflußbar ist, daß der Druck im Pressenraum gezielt verändert werden kann.
Aber auch ein beschleunigtes Absenken des Prozeß-Luftdruckes durch ein zusätzliches Anlegen von Vakuum und damit ein Erhöhen des Druckgefälles ist möglich und kann in bestimmten Anwendungsfällen sinnvoll sein. So wäre es beispielsweise zur Erhöhung der Druckdifferenz denkbar, am Pressenmaul einen Überdruck und am Pressenausgang ein Vakuum anzulegen. Durch das Anlegen eines Unterdruckes wird der Wasserdampf aus dem Holzwerkstoff-Formteil dann förmlich herausgesaugt.
Bei den bisher bekannten Verfahren mußte mit mehr oder weniger langen Prozeßzeiten gerechnet werden, die kaum zu beeinflussen waren. Eine Steuerung bzw. Regelung des Verfahrens war gar nicht bzw. nur teilweise möglich. Mit der vorliegenden Erfindung ist eine erweiterte Prozeßbeherrschung und -Steuerung möglich. Während bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren als einziger Parameter der Prozeß-Luftdruck veränderbar war, ist bei der vorliegenden Erfindung neben diesem Prozeß-Luftdruck zusätzlich auch der Zeitpunkt des Druckabbaus (Druckentlastung) und die Geschwindigkeit des Druckabbaus beeinflußbar. Hierdurch läßt sich in vorteilhafter Art und Weise auf die Materialstruktur der erzeugten Holzwerkstoff-Formteile und damit vor allem auf deren Festigkeitseigenschaften Einfluß nehmen.
Ebenso wie dem in DE 1 2008 026 258 beschriebenen Verfahren st es bei der vorliegenden Erfindung nicht vorgesehen, dem Holzwerkstoff-Formteil während des Pressens Feuchtigkeit, insbesondere in Form von Wasserdampf, zuzuführen. Die für den Dampfstoß erforderliche Feuchtigkeit ist bereits in der Holzwerkstoffmatte enthalten. Gleichwohl kann dem Formteil vor dem Preßvorgang unterstützend eine Menge an Feuchtigkeit hinzugefügt werden, vorzugsweise durch Aufsprühen oder anderweitiges Verteilen auf das Faservlies. Dabei kann die Menge des aufgesprühten Wassers, je nach Werkstoff, beispielsweise 1 bis 2 g je Seite und Millimeter Plattenstärke betragen. Durch das Einbringen dieser zusätzlicher Feuchtigkeit wird der spätere Dampfstoß noch verstärkt.
Wie das in DE 1 2008 026 258 beschriebene Verfahren ist auch das vorliegende Verfahren bei der Herstellung von zahlreichen Holzwerkstoff-Formteilen einsetzbar, so beispielsweise bei der Herstellung von Spanplatten, MDF, HDF, OSB etc. Dabei kann es sich bei den Holzwerkstoff-Formteilen um Einzelteile oder um ein kontinuierlich durch die Presse laufendes Endlosteil handeln. Das Verfahren kann sowohl auf diskontinuierlich, als auch auf kontinuierlich arbeitenden Pressen eingesetzt werden, beispielsweise auf Ein- oder Mehretagenpressen, Doppelbandpressen usw.
Je nachdem, welche Art von Holzwerkstoff-Formteilen hergestellt werden soll, handelt es sich bei dem
Holzwerkstoffgrundmaterial um Späne, Fasern, Stands usw. Als wärmehärtbare Bindemittel kennen beispielsweise Harnstoff-, Melamin- oder Phenolharze bzw. Mischungen daraus oder Mischungen dieser Harze mit polymeren Diisocyanaten (PMDI)
oder mit natürlichen Bindemitteln, wie Tannin- und/oder Ligninharzen zum Einsatz kommen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen
Fig, 1 eine Darstellung der vorliegenden Erfindung anhand einer diskontinuierlich arbeitenden Einetagenpresse,
Fig. 2 eine Darstellung der vorliegenden Erfindung anhand einer kontinuierlich arbeitenden Presse.
Sämtliche Figuren zeigen die Erfindung lediglich schematisch und mit ihren wesentlichen Bestandteilen. Gleiche Bezugszeichen entsprechen dabei Elementen gleicher oder vergleichbarer Funktion.
Bei der Herstellung einer Spanplatte 3 werden in einem ersten Verfahrensschritt zuerst Holz, Holzreste, Holzformteile etc. zerspant, d.h. es wird durch geeignete
Zerkleinerungsverfahren unter Anwendung von
Messerringzerspanern, Langholzzerspanern etc. die gewünschte optimale Spanform hergestellt. In einem zweiten Verfahrensschritt werden die so erzeugten Späne getrocknet, bis Endfeuchten im Bereich von 0,5 - 2% erreicht sind. Anschließend werden die Späne fraktioniert, d.h. in Siebfraktionen aufgeteilt. Danach erfolgt die separate Beleimung der sog. Deck- und Mittelschichtspäne mit wärmehärtbaren Harzen, vornehmlich Harnstoff-, Melamin- oder Phenolharzen bzw. Mischungen daraus bzw. mit polymeren Diisocyanaten (PMDI) oder auch mit natürlichen Bindemitteln wie Tannin- und/oder Ligninharzen. Nach Zerspanung, Trocknung
und Beleimung erfolgt als vierter Verfahrensschritt die Streuung der beleimten Späne mittels Wind- oder WurfStreuung, durch welche eine sogenannte „Spanmatte" 4 bzw. ein „Spanvlies" erzeugt wird. Über die Vlieshöhe betrachtet sind oben und unten vornehmlich die kleineren bzw. feineren Deckschichtspäne angeordnet, während sich die gröberen Mittelschichtspäne vornehmlich in der Mitte der Spanmatte 4 wiederfinden. In dieser Anordnung wird die beleimte Spanmatte
4 nun einer Presse 1 zugeführt, in welcher durch gleichzeitige Einwirkung von Hitze und Druck ein Komprimieren der Spanmatte 4 bis zur endgültigen gewünschten
Spanplattendicke erfolgt bei gleichzeitigem Aushärten des wärmehärtbaren Bindemittels. In Fig: 1 ist beispielhaft eine diskontinuierlich arbeitende Einetagenpresse 1 dargestellt, die Preßplatten 2 aufweist.
Die chemische Reaktivitäten der in der Deck- und Mittelschicht eingesetzten Bindemittel (UF, MF, PF, MUF, PMDI etc.) müssen dabei auf die Erfordernisse der Verdichtungsreaktionen abgestimmt sein. Umgekehrt muß auch der Feuchtigkeitshaushalt der gerade entstehenden Spanplatte genau so bemessen sein, daß eine optimale Aushärtungsreaktion in Deck- und Mittelschicht erfolgen kann und die Spanplatte 3 nicht in dem Moment, wenn sie die Presse 1 verläßt und der äußere Preßdruck somit wegfällt, durch zu hohen inneren Dampfdruck delaminiert, d.h. zerplatzt. Die Dauer der Preßzeit wird dabei in erster Linie davon beeinflußt, wie schnell das Bindemittel aushärtet.
Die Spanmatte 4 wird der Presse 1 zugeführt, deren Preßspalt
5 als Druckkammer ausgebildet ist. Der Preßspalt 5 ist über Druckleitungen 6 mit einem Überdruckbehälter 7 verbunden, mit dessen Hilfe nach dem Einbringen der Spanmatte 4 und dem
Verschließen des Preßspaltes 5 durch geeignete Dichtungen (nicht abgebildet) einen Überdruck von 0,5 bar in dem Preßspalt 5 erzeugt wird. Feuchtigkeit, insbesondere in Form von Wasserdampf, wird dem Preßspalt 50 bzw. der Spanmatte 4 nicht zugeführt. Durch die Erhöhung des Prozeß-Luftdruckes kommt es zu einer Erhöhung der Siedetemperatur innerhalb des Preßspaltes 5. Der bei 11°C entstehende Wasserdampf trägt einen deutlich höheren Energieinhalt mit sich, mit der Folge, daß mit dem Dampfstoß auch entsprechend deutlich mehr Kondensationswärme in der Mittelschicht der Spanmatte 4 ankommt. Dies führt wiederum dazu, daß die Aushärtungsreaktionen des Bindemittels in der Mittelschicht deutlich schneller ablaufen. Somit wird, in der Mittelschicht deutlich schneller eine ausreichende Festigkeit erreicht.
Damit kann die Preßzeit deutlich verkürzt bzw. die Vorschubgeschwindigkeit der Presse 1 deutlich erhöht werden, ohne daß Gefahr besteht, daß die Spanplatte 3 beim Ausfahren aus der Presse 1 delaminiert. Der Dampfstoß erfolgt nicht spontan, sondern wird durch dadurch initiiert, daß ein Druckentlastungsventil 8 vor Ablauf der Preßzeit geöffnet wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Bei der Presse handelt es sich um eine kontinuierliche (Etagen) presse 1 mit einem umlaufenden Preßband 12, aufweisend ein Ober- und ein Unterband. Die Preßbreite beträgt beispielsweise 2,20 m.
Wenn das großvolumige Vlies in Gestalt einer zunächst beispielsweise 0 bis 120 mm dicken Spanmatte 4 der Presse 10 zugeführt wird, erfolgt während des sogenannten "Vorpressens" zunächst eine Kompression. Die Matte 4 wird dabei durch das Pressenmaul auf ihre Enddicke von beispielsweise 22 mm verdichtet. Die Preßbackentemperatur während des „Vorpressens" beträgt beispielsweise 250°C. Nach einer Vorwärmphase von beispielsweise 80 Sekunden beträgt die Temperatur des Wassers in den Deckschichten der Matte 4 im Anschluß an das "Vorpressen" z.B. 70 bis 80°C. Anschließend wird die Presse 10 abgedichtet. Dabei dient der Preßspalt 5 wiederum als Druckkammer.
Zur Abdichtung der Presse 10 muß lediglich das Pressenmaul und der Preßspalt 5 abgedichtet werden. Eine Abdichtung der gesamten Presse 10 ist nicht erforderlich. Der Preßspalt 5 kann mit Hilfe einer einfachen Druckdichtung bzw. Anpreßdichtung abgedichtet werden. Es erfolgt hierzu eine seitliche Abdichtung des Preßspaltes 5 durch zu beiden Seiten der Presse 10 seitlich angebrachte Abdichtvorrichtungen. Der konstruktive Aufwand wird dadurch verringert, wenn jeder Seite der Presse 10 eine separate Abdichtvorrichtung zugeordnet ist.
Bei einer solchen Abdichtvorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine umlaufende, segmentiert Druckkette 19 oder um ein umlaufendes Druckband, welche eine Seite der Presse 10 abdichtet. Eine solche Druckkette 19 besteht aus aneinandergereihten Gliedern. Die Druckkette 19 bzw. das Druckband setzt dabei sowohl am Oberband, als auch am Unterband an und drückt zwischen den Bändern gegen die seitlichen Schmalflächen der Matte 4. Die Druckkette 19 bzw. das Druckband besteht dabei beispielsweise aus einem temperaturstabilen Hartgummi-Material .
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die bereits durch das "Vorpressens" erfolgte Komprimierung der Matte 4 genutzt. Es kann dann sogar notwendig sein, während
des „Vorpressens" oder im Anschluß daran und vor dem Anlegen einer Abdichtvorrichtung, Luft aus dem Preßraum abzulassen, um einen übermäßigen Druckanstieg zu verhindern.
Das Abdichten des Preßspaltes 5 erfolgt jedoch üblicherweise erst nach dem t Vorpressen", also nachdem die Matte 4 ihre Enddicke erreicht hat, bzw. im unmittelbaren Anschluß daran. Erst an dieser entsprechenden Position der Presse 10 tritt die Abdichtvorrichtung in Betrieb, werden also beispielsweise die Druckketten 19 an die Seiten der Presse 10 angelegt. Diese Position befindet sich in der Regel relativ weit vorn, d.h. die Druckkette 19 setzt möglichst beginnend mit dem Pressenmaul an. Die Abdichtung zum Pressenmaul hin erfolgt vorzugsweise ohne einen weiteren konstruktiven Aufwand, allein aufgrund der Existenz der sich dort befindenden, bereits gepreßten, bzw. gerade zugeführten Matte 4.
Die Abdichtvorrichtungen 19 erstrecken sich zu beiden Seiten der Presse 10 in Richtung des Pressenausgangs. Sie reichen jedoch nicht bis zum Ende der Presse 10, sondern endet vorher. Dadurch wird der Zeitpunkt der Druckentlastung festgelegt.
Während derjenigen Preßzeit, in der die Druckkette 19 den Preßspalt 5 abdichtet, erfolgt gesteuert ein weiterer Anstieg von Temperatur und Druck bis zu den gewünschten Zielwerten, oder diese Werte sind bereits erreicht und werden nur noch konstant gehalten. Vor Ablauf der Preßzeit erfolgt dann eine Entlastung des aufgebauten Druckes. Hierzu öffnet man die Seitenflächen der Matte 4, indem die Druckkette 19 entfernt wird. Dies wird vorteilhafterweise gezielt, schrittweise und unter Zuhilfenahme einer entsprechenden Drucksteuerung bewerkstelligt. Sodann findet mehr oder weniger schlagartig
der gewünschte Dampfstoß statt. Genauer gesagt ergibt sich bei einem Prozeß-Luftdruck von beispielsweise 3 bar eine Temperatur von beispielsweise 115 °C bis 123°C in der Deckschicht der Matte 4. Findet dann erfindungsgemäß eine Entlastung (Entspannung) statt, weil die Druckkette 19 nicht mehr an den Seiten der Presse 10 anliegt, dann kann Luft aus der porösen Mittelschicht nach außen entweichen. Mit der Druckentlastung verdampft das Wasser aus den Deckschichten der Matte 4. Es entsteht schlagartig sehr viel Wasserstoff, der sich in die Mittelschicht hineinbewegt ("forcierter Dampfstoß") . In der Mittelschicht angekommen, kondensiert der Wasserdampf wieder. Dadurch wird so viel Wärme in die Mittelschicht eingebracht, daß dort die Temperatur (Platteninnentemperatur) sehr schnell stark ansteigt. Es kommt zu einem schlagartigen Durchwärmen der Matte 4. Dies führt zu einem im Vergleich zu der b is h eri g en Technik sehr viel schnelleren Aushärten. Chemische Reaktionen laufen schneller ab. Dadurch verkürzen sich die Preßzeiten. Die Geschwindigkeit der Presse kann je nach Ausführung um 15% oder mehr erhöht werden.
Es kann vorgesehen sein, die Presse 10 zunächst ganz normal zu betreiben, bis die gewünschte Vorschubgeschwindigkeit erreicht ist, z. B. 4 Sekunden pro Millimeter Plattendicke. Ist dies der Fall, wird unter Einsatz der entsprechenden Drucksteuerung die erfindungsgemäße Abdichtung, beispielsweise in Form der Druckketten 19, "zugeschaltet". Die genauen Positionen, an denen die Druckketten 19 angelegt bzw. wieder entfernt werden, können je nach Pressenanlage und Betriebsbedingungen variieren. Vorzugsweise ist die Presse 10 derart ausgebildet, daß eine variable Positionierung der Abdichtvorrichtung möglich ist. Liegt die Abdichtvorrichtung
an, kann die Vorschubgeschwindigkeit erhöht werden, beispielsweise auf 3 Sekunden pro Millimeter Plattendicke. Um die beschriebene Funktionalität zu erreichen, ist es vorzugsweise vorgesehen, die Druckkette 19 segmentiert auszubilden. Diese Segmentierung der Druckkette 19 ist demnach vorteilhafterweise nicht nur so ausgebildet, daß sie eine Umlenkung der Druckkette und damit eine vergleichsweise einfache Handhabung erlaubt. Vielmehr erlaubt eine entsprechend Ausgestaltung der Druckkette 19 auch ein örtlich variables Anlegen Und Abheben der Kette. Mit anderen Worten ist die Abdichtvorrichtung vorzugsweise derart ausgebildet, daß sowohl diejenige Stelle an der Seite der Presse 10, an der die Abdichtvorrichtung angelegt wird, ein Abdichten also beginnt, als auch diejenige Stelle, an der die Abdichtvorrichtung wieder abgenommen wird, das Abdichten also aufgehoben wird, variabel, insbesondere frei wählbar ist.
Alle in der Beschreibung, der Figur und den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1 Presse
2 Preßplatte
3 Spanplatte
4 Spanmatte
5 Preßspalt
6 Druckleitung
7 Überdruckbehälter
8 Druckentlastungsventil
Presse Preßband Druckkette
Next Patent: METHOD FOR MANAGING THE CHARGE IN A MELTING FURNACE AND CORRESPONDING LOADING APPARATUS