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Dokumentenidentifikation DE102004038342A1 03.03.2005
Titel Verfahren der Formgebung und Erwärmung eines zusammengepressten Verbunderzeugnisses
Anmelder Weyerhaeuser Co., Federal Way, Wash., US
Erfinder Pugel, Anton D., Boise, Id., US;
Kott, Norbert, Fort Langley, CA
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Anmeldedatum 06.08.2004
DE-Aktenzeichen 102004038342
Offenlegungstag 03.03.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.03.2005
IPC-Hauptklasse B27D 1/00
IPC-Nebenklasse B27D 3/00   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Formgebung und Erwärmung eines zusammengepressten Verbundholzerzeugnisses. Das Verfahren enthält das Einführen einer Mattenanordnung aus mit Harz versetzten einzelnen Holzelementen in eine oszillierende Kompressionspresse. Ist einmal das Material innerhalb der oszillierenden Kompressionspresse befindlich, wird die Kompressions-/Entlastungsoszillation zur Formgebung des Materials gesteuert. Spezifischerweise wird die Kompressions-/Entlastungsoszillation so gesteuert, dass die Mattenanordnung auf wenigstens eine Aushärtungstemperatur des Harzes erwärmt wird.

Beschreibung[de]

Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren der Formgebung von zusammengepressten Erzeugnissen und insbesondere auf ein Verfahren der Formgebung eines zusammengepressten Verbundholzerzeugnisses mittels oszillierender Kompression.

OSB-Platten, Furnierstreifenholz und andere synthetische Holzerzeugnisse, die aus einzelnen Holzelementen hergestellt werden, werden in einer Presse durch Absetzen einer Matte von mit Harz beschichteten Holzelementen innerhalb der Presse und Aufbringen einer Druckkraft auf die Matte hergestellt. Wärme von einer Vielzahl von Quellen wird zugeführt, um das Harz im Wesentlichen auszuhärten, währenddessen die Matte innerhalb der Presse befindlich ist. Die Wärme kann in Form von Mikrowellenenergie, Wärmeleitung, Hochfrequenzenergie, Dampfeinspritzung od.dgl. zugeführt werden.

Wie in 1 dargestellt ist, enthalten gängige Pressensysteme ein Paar von gegenüberliegenden Platten 40a, die so konfiguriert sind, dass sie ein Material 38a in eine gewünschte Form zusammenpressen. Benachbart zu jeder Platte 40a ist ein Pressband 37, das auf einer Rollenanordnung 35 läuft. Die Kombination aus dem Band 37 und der Rollenanordnung 35 ermöglicht eine Bewegung des Materials 38a durch die Platten 40a, währenddessen die Platten kontinuierlich eine Druckkraft auf das Material 38a aufbringen. Dieses Verfahren der Formgebung eines Verbundholzerzeugnisses ist in vielerlei Weise problematisch.

Die gängigen Gestaltungen von kontinuierlich arbeitenden Pressen verhindern die Anwendung von Energie. Das Pressenband, die Lageranordnungen und die notwendigen Schmiermaterialen stellen ein bedeutsames Hindernis für die Anwendung der Wärmeenergie auf das Erzeugnis dar. Die Erwärmung des Erzeugnisses über Heizplattentechnologie führt zu einem ungleichförmigen Erwärmungsprofil.

2 zeigt ein herkömmliches Erwärmungsprofil einer Heizplattenpresse. Das Diagramm 15 spiegelt die Temperatur und den Druck innerhalb des Materials 38b in Bezug zur Temperatur in Grad Celsius auf der Y-Achse 17 und der Zeit in Sekunden auf der X-Achse wieder. Dieses Diagramm 15 ist einer Magisterarbeit entnommen, das von Stephen E. Johnson von dem Virginia Polytechnic Institute und der State University, Blacksburg, Virginia im August 1990 angefertigt wurde. Die Magisterarbeit wurde betitelt mit „Response of Mat Conditions and Flakeboard Properties to Steam-Injection Variables" (Ansprechen von Mattenzuständen und Spanplatteneigenschaften auf Dampfeinspritzvariable).

Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren der Formgebung und Erwärmung eines zusammengepressten Verbundholzerzeugnisses. Das Verfahren enthält das Einführen einer Mattenanordnung aus mit Harz versetzten einzelnen Holzelementen in eine oszillierende Kompressionspresse. Ist einmal das Material innerhalb der oszillierenden Kompressionspresse befindlich, wird die Kompressions-/Entlastungsoszillation gesteuert, um das Material zu formen. Spezifischerweise wird die Kompressions-/Entlastungsoszillation so gesteuert, dass die Mattenanordnung wenigstens auf eine Aushärtungstemperatur des Harzes erwärmt wird.

Es wird gefordert, dass die Erwärmung durch die zusammengesetzte Energieabgabe ausgeführt wird, die aus dem Hysterese-Energieverlust jeder Kompressions-/Entlastungsoszillation resultiert. Diese Erscheinung wird nicht vollständig verstanden.

Die bevorzugte und alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Einzelnen nachstehend unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Pressenquerschnitts gemäß dem Stand der Technik;

2 einen Graph, der eine Materialtemperatur- und Druckkennlinie gemäß dem Stand der Technik darstellt;

3 ein Systemdiagramm des oszillierenden Kompressionspressprozesses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

4 eine schematische Darstellung des oszillierenden Pressprozesses gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;

5 eine schematische Darstellung eines anderen Aspekts des oszillierenden Pressprozesses gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;

6 eine zusätzliche schematische Darstellung eines anderen Aspekts des oszillierenden Pressprozesses gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;

7 noch eine andere schematische Darstellung eines weiteren Aspekts des oszillierenden Pressprozesses gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;

8 eine noch andere schematische Darstellung eines weiteren Aspekts des oszillierenden Pressprozesses gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;

9 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Pressenhub und der Materialdicke im Zeitablauf in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;

10 ein allgemeines Systemdiagramm der oszillierenden Kompressionspresse gemäß der vorliegenden Erfindung;

11 eine Perspektivansicht einer exzentrischen Welle, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist;

12 einen Temperaturgraph, dar eine Materialtemperatur darstellt, die gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gebildet wird;

13 einen anderen Graph, der eine Materialtemperatur darstellt, die im Zeitablauf gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung gebildet wird;

14 einen Graph, der Materialdruckveränderungen aufgrund der Oszillationskompression darstellt, der von einem Aspekt der vorliegenden Erfindung resultiert; und

15 einen anderen Graph, der eine Materialtemperatur darstellt, die im Zeitablauf gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gebildet wird.

Die vorliegende Erfindung schafft ein System und ein Verfahren zur Formgebung und Erwärmung eines Erzeugnisses aus zusammengepresstem Material unter Verwendung eines oszillierenden Kompressionspressprozesses. Mittels eines Überblicks und unter Bezugnahme auf 3 enthält eine vorliegende bevorzugte Ausführungsform ein Formgebungssystem 20 für zusammengepresstes Material. Das Formgebungssystem 20 für zusammengepresstes Material enthält ein Materialformgebungs- und Temperatursteuersystem 24, das zum Steuern der Temperatur des Materials 38b und der Verdichtung des Materials während des Formgebungsprozesses verwendet wird. Ein Materialtransportsystem 26 ist beinhaltet, um das Material wie gewünscht durch das Formgebungssystem 20 für zusammengepresstes Material zu bewegen. Zusätzlich ist wahlweise ein Materialbehandlungssystem 28 vorhanden, um das Material 38b während des Formgebungsprozesses zu behandeln. Spezifische Details des Formgebungssystems 20 für zusammengepresstes Material werden mit größerer Genauigkeit nachstehend schrieben.

Das Material 38b, das der Behandlung gemäß der Erfindung unterworfen wird, umfasst wünschenswerterweise eine Mattenanordnung 30 (4) aus mit Harz versetzten einzelnen Holzelementen, die gleichzeitig einem Druck und Wärme unterworfen werden, um ausgehärtete, verfestigte Holzerzeugnisse 32 zu formen. Die Holzelemente können irgendeine bekannte Form haben. Geeignete, nicht beschränkende Beispiele der Holzelemente, die für diese vorliegende Erfindung verwendbar sind, sind Holzschnitzel, Flocken, Späne, Furniere, Fasern, Teilchen und Scheiben.

Die Erzeugnisse 32 (4), die bevorzugterweise durch die vorliegende Erfindung hergestellt werden, sind irgendwelche bekannten verfestigten Verbundholzerzeugnisse, die gegenwärtig bei der Industrie bekannt sind. Geeignete Beispiele eines Erzeugnisses 32 enthalten, sind aber nicht beschränkend, eine Holzspanplatte, eine OSB-Platte, eine Faserplatte, eine Waverbordplatte, Sperrholz, Furnierschichtholz, Furnierstreifenholz und Schichtholzbalken.

Der Feuchtigkeitsgehalt des Materials 38b vor der Behandlung durch den Prozess der Erfindung reicht im Allgemeinen von etwa 0 bis etwa 20 Gew%. Der Feuchtigkeitsgehaltsbereich ist nur eine allgemeine Richtlinie, und davon kann abgewichen werden. Ein optimaler Feuchtigkeitsgehalt für das Material 38b wird bevorzugterweise auf einer Fall-Zu-Fall-Basis ermittelt, und das Bestimmen eines gewünschten Feuchtigkeitsgehalt-Bereiches liegt im Wissen des Fachmanns, um die Feuchtigkeitsstufen mit den Abmessungen der Mattenanordnungen 30 in Beziehung zu setzen, um solche Bestimmungen auszuführen. Es ist möglich, das Material 38b, das einen Feuchtigkeitsgehalt aufweist, der sich Null nähert, zu behandeln, wobei aber eine begrenzte Verformbarkeit des Holzes unter solchen Bedingungen dieses weniger wünschenswert machen. Der Feuchtigkeitsgehalt kann durch Verwenden eines wasserhaltigen Klebemittels erhöht werden.

Das Harz kann irgendein Klebemittel sein, dessen Aushärtungsgeschwindigkeit durch die Anwendung von Wärme beschleunigt wird. Wasserlösliche und wasserunlösliche alkalihaltige und säurehaltige Phenolharze, Resorcin-Formaldehydharze, Harnstoff-Formaldehydharze und Isocyanatharze können z.B verwendet werden. Das Harz kann auf das Material 38b in einer gewünschten Menge aufgebracht werden. Wenn lange Holzfasern verwendet werden, reicht der Harzfeststoffgehalt oft von etwa 1 bis 10% des Ofentrockengewichts des Holzes. Am meisten wird das Harz in einem Anteil aufgebracht, das von etwa 1% bis etwa 5% der Trockenmasse des Holzes erreicht.

Das Materialformgebungs- und Temperatursteuersystem 24 ist so konfiguriert, dass es die Temperatur des Materials 38b steuert. Spezifischerweise steuert das Materialformgebungs- und Temperatursteuersystem 24 die Bewegung der Platten 40b, sowohl deren Hub als auch deren Frequenz, solcherart, dass das Material 38b durch die Verbindungsenergieabgabe erwärmt wird, die aus dem Hysterese-Energieverlust jedes Kompressions-/Entlastungsoszillationszyklus resultiert, die durch die oszillierende Bewegung der Platten 40b bewirkt wird. Keine externe Wärmequelle ist erforderlich, um das Material 38b auf eine gewünschte Temperatur, wie z.B., ohne Beschränkung, eine Harzaushärtungstemperatur, zu bringen. Der Fachmann wird einsehen, dass Wärme, die innerhalb des Materials 38b durch die Verbindungsenergieabgabe erzeugt wird, die aus dem Hysterese-Energieverlust jeder Kompressions-/Entlastungsoszillation resultiert, im Wesentlichen gleichförmig über des gesamten Querschnitt des Materials 38b besteht. Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden im Einzelnen nachstehend erläutert.

Das Materialformgebungs- und Temperatursteuersystem 24 kann Eine Vielzahl von bekannten Strukturen verwenden, um die oszillierende Bewegung der Platten 40b einzuleiten, und es nicht beabsichtigt, dass solche Strukturen den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung beschränken. Zum Beispiel kann die Oszillation durch ein Steuergerät 27 (10) eingeleitet werden, das so konfiguriert ist, dass es einen pneumatischen oder hydraulisch betätigten Zylinder (nicht gezeigt) betätigt. In gleicherweise kann das Steuergerät 27 so konfiguriert sein, dass es einen geeigneten elektromagnetischen Antriebsmechanismus betreibt, um die oszillierende Bewegung einzuleiten. Das Steuergerät 27 kann so konfiguriert sein, dass es eine exzentrische Welle oder dergleichen steuert, wie es mehr im Einzelnen nachstehend beschrieben wird, um die oszillierende Bewegung der Platten 40b einzuleiten.

Geeignete Steuergeräte 27 sind beim Stand der Technik bekannt, und als solches wird eine detaillierte Beschreibung hierin nicht eingeschlossen.

Das Steuergerät 27 ist auf geeignete Weise so angeordnet, dass es eine Anzahl von annehmbaren Methoden ausführt. Zum Beispiel wird sie durch einen Prozessor oder Mikroprozessor (nicht gezeigt) ausgeführt, der so angeordnet ist, dass er geeignete Arbeitsvorgänge ausführt. Irgendein Prozessor, wie er beim Stand der Technik bekannt ist, ist ohne Beschränkung annehmbar, wie ein Prozessor der Pentium®-Prozessor, der von der Inte1 Corporation erhältlich ist, oder dergleichen. Alternativ dazu wird die Steuerung der Platten 40b durch einen elektronischen Computerchip, hydraulische Steuersysteme oder manuell ausgeführt. Entsprechenderweise soll der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die Methode beschränkt sein, mit welcher die oszillierende Bewegung erzeugt wird.

Die 4 bis 9 stellen verschiedene Aspekte eines oszillierenden Kompressionspressenzyklus 34 des Materialformgebungssystems 20 dar. Die vorliegende Erfindung ist bei einer kontinuierlich arbeitenden Presse oder einem Chargen-Pressvorgang verwendbar. Spezifischerweise zeigen diese Figuren die relative Bewegung der Platten 40b und des Materials 38b. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung enthält ein einzelner oszillierender Kompressionspresszyklus 34 eine vollständige Kompressionsphase 44 und eine vollständige Entlastungsphase 46. Die Kompressionsphase 44 ist die Phase des oszillierenden Kompressionspressenzyklus 34, bei der sich die Platten 40b in einer Richtung zueinander hin bewege. Umgekehrt ist die Entlastungsphase 46 die Phase des oszillierenden Kompressionspresszyklus 34, bei der sich die Platten 40b in eine Richtung voneinander weg bewegen.

Die 4 bis 6 und 9 stellen einen Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Spezifischerweise ist der oszillierende Kompressionspresszyklus 34 auf geeignete Weise solcher Art eingerichtet, dass während der Entlastungsphase 46 das Material 38 vollständig von oder Presse aufgebrachten Druckkräften frei ist. Mehr im Einzelnen, nach der Kompressionsphase 44 wird wenigstens eine der Platten 40b von dem Material 38b wegwärts bewegt, mit einer Geschwindigkeit, die schneller ist als die Geschwindigkeit, mit der sich das Material 38b beim Entlasten der Druckkräfte ausdehnt. Während der Entlastungsphase 46 dehnt sich das Material 38b aufgrund der Restspannung, die durch die Kompression eingeleitet wird, aus. Der Zeitanteil, der zum Ausdehnen des Materials 38b auf eine im Wesentlichen unkomprimierte Abmessung erforderlich ist, ist die Kompressionserholungsansprechzeit 66 (9). Mehr im Einzelnen, wenigstens eine Platte 40b wird auf geeignete Weise so gesteuert, dass sie das Material 38b entlastet und nachfolgend das Material 38b neu zusammenpresst in kürzerer Zeit als die Material-Kompressionserholungsansprechzeit 66. Der Fachmann wird einsehen, dass eine Vielzahl von Faktoren die Material-Kompressionserholungsansprechzeit 66 beeinflussen. Z. B. sind ohne Beschränkung die Materialabmessung, die Materialzusammensetzung, der Harzaushärtungszustand, der Betrag der Kompression, die auf das Material 38b aufgebracht wird und die Größe des gewünschten elastischen Bereichs 42 alles Faktoren, die einen Einfluss auf die Kompressionserholungsansprechzeit 66 haben. Als solches wird die Bestimmung einer geeigneten Kompressionserholungsansprechzeit 66 für ein vorgegebenes Material bevorzugterweise durch Experimentieren durch den Fachmann bestimmt.

Die 7 und 8 stellen einen zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Hierbei sind die Platten 40b im Wesentlichen kontinuierlich im Kontakt mit dem Material 38b. Dieses wird durch ein Steuergerät 27 ausgeführt, das wenigstens eine der Platten 40b wegwärts von dem Material 38 mit einer Geschwindigkeit antreibt, die im Wesentlichen gleich oder kleiner als die Kompressionserholungsansprechzeit 66 ist. Somit sind in dieser Betriebsart die Platten 40b im Wesentlichen kontinuierlich in Kontakt mit dem Material 38b, solcher Art, dass die Entlastungsphase 46 eine verringerte Drückkraft beinhaltet, die auf das Material 38b durch die Platten 40b ausgeübt wird. Dieser Aspekt der Erfindung kann z. B. mittels eines Chargen-Produktionsprozesses verwendet werden.

Obwohl es nicht beabsichtigt ist, dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durch den Bereich der Frequenzen für die Entlastungsphase 46 beschränkt wird, wurde ein bevorzugter Frequenzbereich gefunden, um wünschenswerte Ergebnisse zu erzielen, wenn er in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In einer besonderen Ausführungsform wird der oszillierende Kompressionspresszyklus 34 der vorliegenden Erfindung bevorzugterweise zwischen etwa 1 Hz bis etwa 400 Hz betrieben. Es ist jedoch einzusehen, dass eine spezifische Frequenz oder ein Bereich von Frequenzen von der Art des zu formenden Materials 38b abhängt. Als solches wird die spezifische Frequenz oder der Bereich von Frequenzen, der optimal für ein vorgegebenes Material 38b ist, bevorzugterweise durch Experimentieren durch den Fachmann bestimmt.

Der Hub 62 der Platten 40b wird auf geeignete Weise so ausgewählt, dass er unter anderem einen gewünschten Entlastungsbereich 43 oder eine gewünschte Verringerung der Druckkraft während der Entlastungsphase 46 erzeugt. Zusätzlich kann der Hub 62 so gewählt werden, dass er die Größe des Hysterese-Energieverlusts, der bei einer einzelnen Kompressionsphase 44 erzeugt wird, z. B. durch einen relativ längeren Hub maximiert wird. Im Gegensatz dazu kann eine Bedienperson einen relativ kurzen Hub zur Verwendung wählen, wenn z. B. eine minimale Zeit zwischen den Kompressionsphasen 44 gewünscht wird. Ferner kann der Hub 62 hinsichtlich der Art des Materials 38b oder der Abmessung des Materials 38b, das zu formen ist, gewählt werden. Als solches wird der spezifische Hub, der für ein vorgegebenes Material 38b optimal ist, bevorzugterweise durch Experimentieren durch den Fachmann bestimmt.

Wie am besten in den 4 bis 8 zu sehen ist, kann der Hub 62 auch als ein Verhältnis des maximalen Plattenabstands „1" in Richtung der Kompression und des minimalen Plattenabstands „11" in Richtung der Kompression beschrieben werden. Dieses Kompressionshubverhältnis wird am besten mathematisch ausgedrückt als:

Durch Experimentaldaten, die mehr im Einzelnen nachstehend beschreiben werden, wurde ermittelt, dass ein Kompressionshubverhältnis innerhalb des Bereichs von 0,01 < &mgr;c < 0,5 bevorzugt ist. Es ist jedoch einzusehen, dass ein Kompressionshubverhältnis oberhalb oder unterhalb dieses Bereiches auch im Schutzumfang dieser Erfindung liegt. Ein spezifisches Kompressionshubverhältnis hängt von der Art des Materials 38b ab und wird als solches am besten experimentell bestimmt.

Ein anderer Aspekt des Materialformgebungs- und Temperatursteuersystems 24 ist am besten in den 4 bis 8 zu sehen. Spezifischerweise stellen Kompressionsvektoren 36a,b den resultierenden Bewegungsvektor der Platten 40b in einem Moment der Zeit im Wesentlichen gleich zur Einleitung der Kompressionsphase 44 dar. In einer vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist der Kompressionsvektor 36a im Wesentlichen senkrecht zu einer Materialflussrichtung 50 innerhalb des oszillierenden Presssystems 20 befindlich. Auf diese Weise ist für ein sich in einem Formgebungssystem 20 für ein zusammengepresstes Material bewegendes Material 38b entlang eines horizontalen Wegs, wie durch den Richtungspfeil 50 angegeben wird, der Kompressionsvektor 36a im Wesentlichen vertikal ausgerichtet.

Alternativ dazu ist der Kompressionsvektor 36b auf geeignete Weise ein Kompressionsvektorwinkel 37 relativ zur Materialflussrichtung 50. Der Kompressionsvektorwinkel 37 enthält auf geeignete Weise eine Querkomponente 39, die eine momentane Plattenbewegung in Querrichtung widerspiegelt, einer Richtung die im Wesentlichen parallel zur Ebene der Materialflussrichtung 50 ist. Zusätzlich enthält der Kompressionsvektorwinkel 37 eine Vertikalkomponente 41, die eine gleichartige Bewegung entlang einer Vertikalrichtung, einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Ebene der Materialflussrichtung 50, angibt.

Unter Bezugnahme auf die 5 und 7 hängt ein Kompressionsvektorwinkel 37 von etwa 5 Grad bis etwa 85 Grad von der Bewegung des Materials 38b in einer ersten Richtung ab. Außerdem hängt ein Kompressionsvektorwinkel von etwa 95 Grad bis etwa 175 Grad von der Bewegung des Materials 38b in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen entgegengesetzt zur ersten Richtung ist, ab.

In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform liegt der Kompressionsvektorwinkel 37 innerhalb eines Bereichs von etwa 30 Grad bis etwa 60 Grad. Kleinere und größere Kompressionsvektorwinkel 37 werden jedoch als innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung liegend betrachtet. Mehr im Einzelnen wurde herausgefunden, dass die vorliegende Erfindung mit einem Kompressionsvektorwinkel 37 von etwa 5 Grad bis etwa 85 Grad relativ zur Materialflussrichtung 50 arbeitet.

Angesichts der Kreisbewegung der Platten 40b wurde auch bestimmt, dass auch ein Kompressionsvektorwinkel von etwa 95 Grad bis etwa 175 Grad mit der vorliegenden Erfindung verwendbar ist. Offensichtlich würde ein Kompressionsvektorwinkel 37 innerhalb dieses Bereichs zu einer Umkehrung der Materialflussrichtung 50 führen. Mehr im Einzelnen wird eine zweite Materialflussrichtung 51, die im Wesentlichen zur ersten Materialflussrichtung 50 entgegengesetzt ist, erzielt. Es ist für den Fachmann einzusehen, dass das oszillierende Presssystem 20 auf diese Weise als eine Einrichtung zur Steuerung der linearen Zuführgeschwindigkeit des Materials durch die Presse gesteuert werden kann, um die Erwärmung oder Kompression des Materials 38b zu steuern. Eine detailliertere Erläuterung der Plattenbewegung und des sich ergebenden Materialtransports wird nachstehend vorgenommen.

10 stellt einen anderen einzelnen Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Spezifischerweise ist ein Presssystem 71 entsprechend der vorliegenden Erfindung offenbart. Das Presssystem enthält Platten 40b, die so konfiguriert sind, dass sie direkt das Material 38b während des Pressprozesses kontaktieren. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die Platten 40b mit einem Material, wie z. B. rostfreiem Stahl (nicht gezeigt) ausgekleidet sein können, um dazu beizutragen, die Bewegung des Materials 38b durch das Materialformgebungssystem 20 zu unterstützen.

Die Platten 40b sind typischerweise Metall oder ein anderes Material, das so ausgebildet ist, dass es einen sich verjüngenden Einlassabschnitt 48 Enthält, der so konfiguriert ist, dass er die Mattenanordnung 30 aufnimmt, wenn sie in das oszillierende Presssystem 20 eintritt. Die Größe der Abschrägung wird auf geeignete Weise durch den Fachmann ermittelt. Bei der besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde jedoch ein Abschrägungsbereich von etwa 0,3 Grad bis etwa 7 Grad als ausreichend ermittelt. Platten 40b mit Einlassabschnitten 48 jedoch, die größere, kleinere oder zusammengesetzte Abschrägungen aufweisen, werden als im Schutzumfang dieser Erfindung liegend betrachtet. Außerdem liegen auch Platten 40b mit Einlassabschnitten 48, die an entgegengesetzten Enden der Platten 40b angeordnet sind, ebenfalls im Schutzumfang dieser Erfindung (nicht gezeigt).

Unter Bezugnahme auf die 3 bis 8 und 12 kann das Materialtransportsystem 26 der vorliegenden Erfindung verschiedene formen einnehmen. Unabhängig von der Form ist es für den Fachmann ersichtlich, dass die Funktion des Materialtransportsystems 26 darin liegt, das Material 38b durch das oszillierende Presssystem 20 zu bewegen. Die vorliegende Erfindung kann irgendein bekanntes Materialtransportsystem 26 verwenden, das gegenwärtig beim Stand der Technik bekannt ist. Z. B. kann eine externe Zugeinrichtung 33 verwendet werden, um das Material durch die Presse zu ziehen. Zusätzlich kann das Materialtransportsystem 26 so konfiguriert sein, dass es das Material durch die Presse durch wirksames Drücken des Materials 38b in die Presse hinein treibt (nicht gezeigt). Außerdem kann das Materialtransportsystem eine Struktur enthalten, die sowohl das Material 38b durch die Presse zieht als auch drückt (nicht gezeigt). Diese Strukturen sind beim Stand der Technik gut bekannt, und als solches ist eine detaillierte Beschreibung nicht in dieser Erläuterung enthalten.

In den 5 und 7 ist ein alternatives Materialtransportsystem 26 offenbart. Mehr im Einzelnen ist ein Band- oder Fördersystem 25 gezeigt. Das Fördersystem 25 ist so angeordnet, dass es das Material 38b durch das oszillierende Presssystem stützt und anderweitig transportiert. Geeignete Fördersysteme 25 sind beim Stand der Technik gut bekannt, und werden als solches nicht im Einzelnen in der vorliegenden Anmeldung erläutert. Für den Fachmann ist es einzusehen, dass das Fördersystem 25 so konfiguriert sein kann, dass es im Wesentlichen die Bewegung während der Kompressionsphase 44 stoppt und die Bewegung während der Entlastungsphase 46 ausführt. Alternativ dazu kann das Fördersystem 25 sich im Wesentlichen konstant durch die Kompressionsphase 44 und die Entlastungsphase 46 bewegen.

Ein alternatives Materialtransportsystem 26 ist von der Bewegung der oszillierenden Bewegung der Platten 40b abgeleitet. Mehr im Einzelnen, die Bewegung der Platten 40b steuert den Transport des Materials 38b durch das oszillierende Presssystem 20. Wie oben erläutert und wie am besten in den 5 und 7 dargestellt ist, enthält der Kompressionsvektorwinkel 37 sowohl eine Vertikalbewegungskomponente 41 als auch eine Querbewegungskomponente 39.

Ein oszillierendes Presssystem 20, das Platten 40b aufweist, die an das Material 38b mit einem Kompressionsvektorwinkel 37 angreifen, verleiht der vorliegenden Erfindung ein neuartiges Merkmal. Mehr im Einzelnen, wenn die Querbewegungskomponente 39 der Platten 40b mit einer Kompressionsphase 44 übereinstimmt, funktioniert die Querbewegungskomponente 39 so, dass sie das Material 38b durch die Presse transportiert. Das Material 38b wird durch das oszillierende Presssystem 20 eine lineare Entfernung entlang transportiert, die geringfügig kleiner ist, als die lineare Entfernung, die durch die Platten 40b während der Kompressionsphase 44 bewegt wird. Dieser Transport tritt einmal für jeden oszillierenden Kompressionspresszyklus 34 auf. In gleicher Weise presst die Vertikalbewegungskomponente 41 auf geeignete Weise das Material 38b zusammen, während das Material 38b transportiert wird. Entsprechenderweise ist keine andere Transportstruktur, wie z. B. eine externe Zugeinrichtung erforderlich, um das Material 38b durch das oszillierende Presssystem 20 zu bewegen.

Eine Art und Weise zur Steuerung der Bewegung der Platte 40 zur Erzielung eines adäquaten Kompressionsvektorwinkels 37 besteht darin, die Platte 40 in einer im Wesentlichen kreisförmigen Bewegung anzutreiben. Unter spezifischem Bezug auf die 10 und 11 besteht ein gegenwärtig bevorzugtes Verfahren zur Erzielung der erwünschten Bewegung darin, die Platten 40b auf einer exzentrischen Welle 67 oder einer gleichartigen Struktur anzutreiben. Solch eine Struktur erzeugt eine im Wesentlichen kreisförmige oszillierende Bewegung der Platten 40b, die für den besagten Transport und die oszillierende Kompression des Materials 38b durch das oszillierende Presssystem 20 ausreicht.

Bei einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform sind die Platten 40b jeweils mit wenigstens einer Bohrung 47 versehen, die auf geeignete Weise so angeordnet ist, dass sie eine exzentrische Welle 67 aufnimmt. In einer besonderen Ausführungsform ist jede Platte 40 mit drei Bohrungen 47 konfiguriert, von denen jede auf geeignete Weise so angeordnet ist, dass sie eine exzentrische Welle 67 aufnimmt. Die exzentrische Welle 67 enthält einen Zapfenbereich 68 und einen Nockenbereich 69. Der Zapfenbereich 68 steht mit einem Antriebsmechanismus 27 über ein Getriebe, einen Riemen Oder eine direkte Antriebseinrichtung (nicht gezeigt) in Verbindung. Der Nockenbereich 69 ist so konfiguriert, dass er im Wesentlichen im Inneren der Platten 40b verbleibt und diese in einer im Wesentlichen kreisförmigen Bewegung antreibt. Der Nockenbereich 69 ist bevorzugterweise ausreichend groß, um einen ausreichenden Entlastungsbereich 43 zur erzeugen, solcher Art, dass das Material 38b nicht in einer unerwünschten Richtung bewegt wird. Es ist jedoch anzumerken, dass obwohl irgendein vorgegebener Punkt der Platten 40b eine im Wesentlichen kreisförmige Bahn umschreibt, die gegenüberliegenden Flächen der Platten zu jeder Zeit zueinander parallel verbleiben.

Unter spezifischen Bezug auf die 3 und 10 ist ein optionales Materialbehandlungssystem 28 bevorzugterweise so konfiguriert, dass es das Material 38b behandelt, während das Material 38b innerhalb des oszillierenden Presssystems 20 befindlich ist. Das Materialbehandlungssystem 28 enthält den Zusatz geeigneter Farbstoffe oder Farbmittel, feuerhemmender Materialien oder Konservierungsmaterialien. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass die Art des Erzeugnisses, das durch das Materialbehandlungssystem 28 zugesetzt wird, den Schmutzumfang der vorliegenden Erfindung beschränkt. Demzufolge kann irgendein geeignetes Erzeugnis durch das Materialbehandlungssystem 28 eingeleitet werden.

Eine Materialbehandlungseinheit 52 ist auf geeignete Weise so konfiguriert, dass sie die Anleitung irgendeines Behandlungserzeugnisses steuert. Es ist nicht beabsichtigt, dass die Form der Materialbehandlungseinheit 52 die vorliegende Erfindung beschränkt. Somit kann irgendeine bekannte Struktur als eine Materialbehandlungseinheit 52 verwendet werden. Z. B. kann die Materialbehandlungseinheit ein Behälter mit geeigneten Pumpen, Dosierungsvorrichtungen, Abtastvorrichtungen usw., die üblicherweise mit der zeitweiligen Speicherung und der Verteilung der verschiedenen Behandlungsprodukte entsprechend dieser Erfindung verwendet werden, sein.

Die Materialbehandlungseinheit 52 enthält auf geeignete Weise irgendeine Struktur, die notwendig ist, der Materialbehandlungseinheit 52 zu ermöglichen, so, wie beabsichtigt, zu funktionieren. Z. B. enthält die Materialbehandlungseinheit 52 irgendeinen Schlauch, ein Leitungsrohr, eine Düse, einen Zerstäuber oder eine Leitung, die die Materialbehandlungseinheit 82 bei der Abgabe des Behandlungserzeugnisses auf das Material 38b verwendet.

Bei einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist das Materialbehandlungssystem 28 so konfiguriert, dass es das Erzeugnis auf das Material 38b innerhalb des oszillierenden Presssystems 20 während der Entlastungsphase 46 einleitet. Das Materialbehandlungssystem 28 kann jedoch so konfiguriert sein, dass es das Erzeugnis vor, während oder nachdem das Material innerhalb dem Kompressionsabschnitt des oszillierenden Presssystems 20 befindlich ist bzw. war, einleitet.

Die Steuerung des Materialformgebungs- und Temperatursteuerungssystem 24, wie oben erläutert, diktiert die gesamte Erwärmung des Materials 38b. 12 ist ein erster Graph 70, der Experimentaldaten darstellt, die sich auf die Materialtemperatur auf der Y-Achse 74 und die Zeit auf der X-Achse 76 beziehen. Eine Blocktemperaturkurve 72 stellt die Erhöhung des Materials 38b im Zeitverlauf dar, wenn das Material 38b der vorliegenden Erfindung unterworfen wird. Der Block war eine 1,5 Inch-Anordnung von Furnierschichtholz. Die Lineargeschwindigkeit durch die Presse war 12 Inch pro Minute. Die Presse arbeitete mit einer Frequenz von etwa 40 Hz.

Die 13 und 14 stellen einen zweiten Graph 80 und einen dritten Graph 90 jeweils dar, die der Ergebnisse eines anderen Experiments darstellen, das entsprechend der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde. Sowohl der zweite Graph 80 als auch der dritte Graph 90 spiegeln Daten wider, die aus dem gleichen Experiment entnommen wurden. Das Experiment verwendete 0,035-Zoll-Espenholzstreifen, die einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 4% hatten und in eine Mattenanordnung mit einer Reihendichte (row density) von etwa 25 lbs/ft3 bis etwa 42 lbs/ft3 geformt waren. Die Mattenanordnung enthielt kein Harz, Wachs oder andere Zusätze. Die oszillierende Kompressionspresse oszillierte mit einer Frequenz von 30 Hz und hatte eine lineare Mattengeschwindigkeit durch die Presse von 0,6 feet/minute.

Der zweite Graph 80 bezieht sich auf die Temperatur in Grad Celsius auf der Y-Achse 82 und die Zeit in Sekunden auf der X-Achse. Die Kurve 88 stellt die Innentemperatur der Mattenanordnung 30 dar, wenn sie durch das Formgebungssystem 20 für das zusammengepresste Material hindurchtritt.

Der dritte Graph 90 stellt die Innendruckänderungen innerhalb des Materials 38b bezüglich der oszillierenden Kompression bei der vorliegenden Erfindung dar. Die X-Achse 92 stellt die Drehposition der exzentrischen Welle in Radianten dar. Auch stellt eine obere X-Achse 94 die Zeit in Sekunden dar. Die Y-Achse gibt den Innendruck in pounds/in2 an. Die Kurve 98 stellt den Zustand des Materials 38b relativ zu den Variablen dar, die auf dem dritten Graph angezeigt sind. Spezifischerweise sind die Innendruckänderungen des Materials 38b gezeigt, wenn sich die oszillierende Kompressionspresse durch die mehreren Presszyklen 34 bewegt. Für dieses Experiment wurde in Dehnungsmessstreifen in der Hochdruckzone der Presse angeordnet.

15 ist ein vierter Graph 100, der sich auf die Temperatur des Materials 38b auf der Y-Achse 104 und die Zeit in Sekunden auf der X-Achse bezieht. Die Kurve 106 und die Kurve 108 spiegeln die Temperatur des Matarials 38b zu einer vorgegebenen Zeit wider, wenn das Material 38b durch die oszillierende Kompressionspresse sich fortbewegt. Die Kurve 106 und die Kurve 108 zeigen Daten, die von Thermoelementen abgenommen wurden, die innerhalb des Materials 38b entlang der Materialrichtung 50 positioniert sind.

Das Experiment, das in 15 widergespiegelt ist, verwendete Yellow-Popular-Schälspäne mit einer Länge von 0,050 Inch und mit einem Anfangsfeuchtigkeitsgehalt von etwa 3%. Die Schälspäne waren mit einem flüssigen Phenol-Formaldehyd, einem festen Phenol-Fomaldehyd mit etwa 3% und etwa 2% Paraffingatsch versetzt. Die Lineargeschwindigkeit des Materials war 1 Inch/Minute und die Frequenz war 30 Hz. Die Sollerzeugnisdichte war 40 pounds/ft3.

Währenddessen die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wie oben angegeben dargestellt und beschrieben wurde, können viele Abänderungen gemacht werden, ohne den Geist und Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Entsprechenderweise ist der Schutzumfang der Erfindung nicht durch die Offenbarung der bevorzugten Ausführungsform beschränkt. Stattdessen sollte die Erfindung vollständig unter Bezugnahme auf die Patentansprüche, die folgen, bestimmt werden.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Formgebung eines zusammengepressten Verbundholzerzeugnisses, gekennzeichnet durch

    Einführen einer Mattenanordnung aus mit Harz versetzten einzelnen Holzelementen in eine oszillierende Kompressionspresse; und

    Steuern der Oszillationskompression der Presse, um die Mattenanordnung auf wenigstens eine Aushärtungstemperatur des Harzes zu erwärmen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern der Oszillationskompression das Steuern des Hubs der oszillierenden Kompressionspresse enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern der Oszillationskompression außerdem die Plastifizierung der Mattenanordnung enthält.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern der Oszillation das Steuern der Frequenz der oszillierenden Kompressionspresse enthält.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillationsfrequenz mit einer Frequenz von etwa 1 Hz bis etwa 400 Hz auftritt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern der Oszillationskompression das Steuern eines Kompressionshubverhältnisses enthält.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillationskompression zwischen etwa 0,01 und 0,5 liegt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material eine Mattenanordnung aus mit Harz versetzten einzelnen Holzelementen ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Holzelement ein Schnitzel, eine Flocke, ein Span, ein Furnier, eine Faser, ein Teilchen und/oder eine Scheibe ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zusammengepresste Verbundholzerzeugnis eine OSB-Plate, Sperrholz, Furnierstreifenholz, Furnierschichtholz, eine faserplatte, eine Waver-Bord Platte und/oder ein Schichtholzbalken ist.
Es folgen 15 Blatt Zeichnungen






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