Die Erfindung betrifft eine Holz-Biege-Vorrichtung, die das Holz für die Herstellung von Stühlen, Tische, Möbel oder andere Gegenstände biegen kann.

Holz wurde bereits von den alten Ägyptern nach Erwärmung durch Dampf gebogen. Die Dampf-Biegetechnik wurde kontinuierlich weiterentwickelt und erreichte einen ihrer Höhepunkte vor dem ersten Weltkrieg durch die Firma Thonet, die in großen Produktionsanlagen mittels dieses Verfahrens u. a. die noch heute berühmten Thonet-Stühle herstellte.

Erfunden hatte die Stühle aus gebogenem Holz Michael Thonet (1796– 1871). Der aus dem rheinischen Boppard stammende, seit 1852 in Wien lebende Schreinermeister setzte bleibende Maßstäbe für die Formgebung des Maschinen- und Industriezeitalters.

Während seine Konkurrenten mit Hilfe von Drechsel- und Schnitzmaschinen historische Formen nachahmten, ging Thonet einen völlig neuen Weg. Er schuf sein fundamental modernes Formenrepertoire aus den von ihm selbst entwickelten neuen technologischen und produktionstechnischen Möglichkeiten. Thonet verwirklichte ein zukunftweisendes Prinzip: Form als Ergebnis industrieller Fertigungsmethoden.

Die Erfindung Thonets bestand in einem Verfahren, massive Buchenholzstäbe unter Dampfeinwirkung und Druck in geschwungene Formen biegen – ein Verfahren, das sich bestens für die Serienproduktion eignete. Neu war auch, dass die Einzelteile nicht mehr verleimt, sondern geschraubt wurden. Dadurch ließen sich die Stühle zerlegt verschicken.

Das Thonet-Biegeverfahren besteht darin, daß das zu biegende gedämpfte Holzstück auf ein Stahlband aufgespannt wird und zwar so, daß es sich in Längsrichtung nicht bewegen kann: nun wird das Holz zusammen mit dem Band gebogen. Da das Holzstück eingespannt ist, werden die Holzfasern nicht nur gebogen, sondern auch gestaucht und dadurch können bedeutend engere Biegeradien erzielt werden. Dieses Band hat auch den Vorteil, daß es nach dem Biegen auch als Form zum Trocknen der gebogenen Hölzer verwendet werden kann.

Dampf-Biegen ist ein umständliches Verfahren: benötigt werden Dampf-Anlagen, Biegemaschinen und für jedes Teil Biegebleche bzw. Formen, in denen die gebogenen Teile getrocknet werden müssen: nach der Trockung müssen die gebogenen Rohlinge noch profiliert und geschliffen werden. Die Erkenntnis aus dem Thonet-Verfahren aber war, daß gestauchtes Holz besser gebogen werden konnte als nicht gestauchtes Holz. Dieses Holz ist das Resultat einer Weiterentwicklung dieser Erkenntnis. Bereits im Jahr 1917 wurde vom damaligen Reichspatentamt in Berlin ein Verfahrens-Patent erteilt, um Holz auf Dauer biegbar zu machen: Zitat aus dem Wortlaut der Patentschrift: "Das in Klötze oder Blöcke geschnittene Holz wird zunächst gedämpft, dann wird es in heißem feuchtem Zustande in die Presse gebracht, wobei es mit einer starken Bekleidung (Pressfutter) umgeben wird, um es vor dem Verbiegen während der Pressung zu schützen; endlich werden die Stempel in der Richtung der Holzfasern in Bewegung gesetzt; sodann wird das Holz getrocknet, worauf es nach dem Erkalten und Austrocknen nicht wieder in seine alte Länge zurückkehren kann und infolgedessen dauernd weich-biegsam bleibt."

Biegbares Holz, nach diesem Patent hergestellt, wurde daher "Patent-Biegeholz" genannt.

Die Firma Gesellschaft für Holzveredelung mbH in Essen produzierte bereits in den zwanziger Jahren auf selbstentwickelten-Dämpf- und Stauchmaschinen dieses Biegeholz bis 165 cm Länge. Im Jahr 1926 wurde ein weiteres Patent zu diesem Holzstauchverfahren erteilt und eine industrielle Fertigung in Gang gesetzt. Die Produkte wurden auf dem deutschen Markt verkauft: Möbel- und Fensterleisten, Frieseinfassungen, Garnierholz, Griffe, Armlehnen, Türrahmen und Hammerstiele. Das "Patent-Biegeholz" war schon damals allgemein bekannt: so ist dieses Holz z.B. im Flugzeug-Typenbuch von 1939 des Hermann Beyer-Verlages Leipzig im Bezugsquellen-Verzeichnis ausführlich auf Seite 596 beschrieben, da es auch im Flugzeug-Modell-Bau verwendet wurde.

Es wurde u.a. eine Stauchanlage entwickelt, die es ermöglicht, das Holz kontinuierlich, d.h. auf der ganzen Länge gleichmäßig zu stauchen und Längen bis 220 cm zu fertigen. Die Dämpf- und Trocknungsverfahren wurden verbessert, neue Holzarten wie Eiche und Ahorn in das Sortiment aufgenommen.

Neue Produkte wurden entwickelt, wie z.B. die Handläufe: das Problem dabei war, Biegeholz in der Länge so zu verzinken, dass die Verbindungsstellen nicht nur sauber sind, sondern auch der Belastung einer Walzen-Biegemaschine beim Biegen widerstehen können. Das Problem konnte gelöst werden und nun ist es möglich, Biegeholzhandläufe in beliebiger Länge bis zu einem ∅ von 60 mm zu fertigen.

Dieses Holz entsteht Heute noch nach dem 1917 patentierten Verfahren: gedämpfte Laubhölzer (Buche, Eiche, Esche, Ahorn) im Querschnitt von 10 × 12 cm und einer Länge bis zu 280 cm werden in der Längsrichtung auf ca. 80 % der ursprünglichen Länge gestaucht. In dieser zusammengestauchten Länge werden die Hölzer sodann getrocknet: der erwähnte ursprüngliche Kantel von ca. 280 cm Länge ist nun 220 cm lang, ca. 14 % feucht und kann konventionell bearbeitet werden zu Handläufen, Um- und Anleimen, Glas-, Zier- und Sockelleisten, die dann ganz spezielle Eigenschaften haben: sie können in fertig profiliertem Zustand gebogen werden und zwar bis zu einem Radius von 1:10, z. B. eine 20 mm starke Leiste bis auf einen Radius von 200 mm.

Diese Biegeholzkanteln lassen sich beliebig lange lagern und verlieren niemals ihre Biegbarkeit.

"Patent-Biegeholz" ist also ein Rohstoff, der das Biegen von massiven Harthölzern wesentlich vereinfacht: es wird wie normales Holz bearbeitet (z. B. zu einem Handlauf) und dann in trockenem Zustand ohne Dampf in mehreren Ebenen gebogen. Es kann immer dann eingesetzt werden, wenn sich das konventionelle Dampf-Biegeverfahren entweder nicht lohnt oder nicht möglich ist, weil trockenes, fertig profiliertes Holz gebogen werden muss.

Zum Biegen dieses Holzes werden keine speziellen Biegemaschinen benötigt wie beim Dampf-Biegeverfahren. Kleine Querschnitte werden von Hand gebogen, größere Querschnitte wie Handläufe mittels ganz normaler Walzen- bzw. Rollen-Biegemaschinen, die vom Schlosser zum Biegen von Metallrohren verwendet werden. Dadurch kann dieser Werkstoff an einer jedermann zugänglichen Standard-Maschine dreidimensional gebogen werden.

Die Anmeldung 516 801 (Klasse 38h Gruppe 1) vom 29.01.1931 mit Priorität der ungarischen Anmeldung vom 10.11.1927 beschreibt ein Verfahren, wobei das Holz nicht nur längs, sondern auch seitlich zusammengedrückt wird.

Die Anmeldung 601 162 (Klasse 38k; Gruppe 4) vom 09.08.1934 mit Priorität der holländischen Anmeldung vom 13.12.1929 beschreibt eine Vorrichtung, die das Holz nicht nur in Längsrichtung, sondern auch quer gepresst werden kann, um ein Biegeholz herzustellen.

Die Anmeldung DE 199 13 775 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen aus biegbarem Holz, wobei die Biegbarkeit des Holzes verbessert wird. Das Verfahren wird in der Industrie und den Gewerken zur Herstellung von biegbarem Holz verwendet.

Zum Stand der Technik zählen auch einige Verfahren die Eigenschafts-Änderungen von Holzwerkstoffen betreffen.

Bekannt sind diese z.B. durch folgende Anmeldungen: EP 0 197 674, EP 0 612 595, EP 0 622 163, EP 0 623 433, sowie WO 82/01504, WO 91 /02 637, WO 94/20 273, WO 95/13 908, WO 96/05 034, WO 96/26 053, WO 96/32 236, WO 97/02 936 etc. Die aufgeführten Schutzrechte beschreiben die Eigenschaftsänderung hinsichtlich größerer Härte, Steifigkeit, Dichte usw., jedoch nicht die Verbesserung der Verfahren oder Vorrichtungen, die die Biegbarkeit von Holzelementen erzeugen.

Bisher werden die Holzformelemente, wie sie beispielsweise als Holzhandläufe von Spindeltreppen zum Einsatz kommen, als dünne Holzstreifen (Laminate) in die gewünschte Form gebracht und anschließend verleimt bzw. erst verleimt und dann die Formgebung vorgenommen. Für die Formgebung von Holzlaminaten beim Verleimungsvorgang sind Geräte und Vorrichtungen bekannt wie sie beispielsweise in den nachfolgend aufgeführten Patenten dargelegt sind: EP 0 499 895 und WO 91/09 712.

Der Nachteil dieser Methoden liegt im hohen zeitlichen und personellen Aufwand bei der Verbindung und Formgebung der Schichtholzelemente.

Die Laminate müssen mit Vorrichtungen, Klemmen, Schraubzwingen und Spanngurten in ihre spätere Form gebracht und dann verleimt werden. Die Spannelemente müssen bis zum Aushärten des Verbindungsstoffes an den Holzelementen verbleiben. Der Spannvorgang erfordert außerdem häufig einen hohen körperlichen Kraftaufwand des Bearbeiters.

Dabei sollen die Holzelemente aus möglichst wenigen Einzelteilen bestehen und nach dem Biegen ihre Form beibehalten. Die Aufgaben wurden mit vorliegender Erfindung gelöst, in dem die Biegeeigenschaften des Holzes entsprechend verändert werden. Es werden feuchte (grüne) Holzhalbzeuge, vorzugsweise Kanthölzer, aus Buche, Esche oder Eiche mit einem Querschnitt von ca. 100 × 120 mm ca. 6 Stunden gedämpft. Bei anliegendem Gleichgewichtsdampfdruck des Wassers über diesen Zeitraum ist das Holz gesättigt. Durch das Dämpfen hat sich die Druckfestigkeit des Holzes gegenüber dem trockenen Zustand um etwa 30% verringert. Nun werden die Hölzer in eine Preßvorrichtung eingespannt und in Faserrichtung um ca. 20% zusammengepresst. Die Pressvorrichtung ist so gestaltet, dass ein Ausknicken der Kanthölzer nicht möglich ist. Als Press-Stempel werden vorzugsweise Hydraulikzylinder verwendet. Beim Pressen schieben sich die Holzfasern ineinander. Die zusammengepressten Kanthölzer werden in diesem Zustand in einer Haltevorrichtung fixiert und anschließend in einer Trockenkammer getrocknet bis die Restfeuchte des Holzes an der Oberfläche auf ca. 10% gesunken ist. Die Trockendauer wird durch das vorausgegangene Dämpfen des Holzes um ca. 5% gegenüber nicht gedämpftem Holz verringert. Das Halbzeug lässt sich nach der Trocknung spannend bearbeiten.

Der in den Schutzansprüchen 1 bis 19 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, das Holz-Biege-Verfahren noch leichter, schneller und preiswerter zu machen ohne das komplizierte Dampf-Biegeverfahren in Anspruch nehmen zu müssen. Die Eigenschaften des Holzes sollen so verändert werden, dass es sich mit Hilfe von Maschinen und Vorrichtungen, wie sie auch für das Biegen von Metallteilen eingesetzt werden, plastisch verändern lässt ohne zu brechen.

Dieses Problem wird mit den in den Schutzansprüchen 1 bis 19 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Vorteile der Erfindung sind:

• – das Holz kann sehr schnell biegebereit gemacht werden,
• – keine teuere Dampf-Biegeverfahren notwendig,
• – leicht auch grössere Durchmesser zu bearbeiten möglich,
• – die Holzfasern werden von innen erhitzt und die Holz-Bestandteile erweicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 1 und 2 erläutert. Es zeigen:

1 eine Biege-Vorrichtung, die mit den Mikrowellenstrahler ausgestattet ist,

2 eine Biege-Vorrichtung, die mit Wasserschneide-Technik gekoppelt ist.

Neben Wasser ist der Hauptbestandteil des Holzes die Cellulose. Große Teile der riesigen Mengen an Cellulose, die man heutzutage beispielsweise für die Herstellung von Verbandstoffen und Cellulosefasern (u. a. Reyon, Viskosefaser) nutzt, werden aus Holz und auch aus anderen Faserpflanzen (z. B. Baumwolle) gewonnen. Das Holz weist auch andere chemische Bestandteile auf. Den Hauptteil macht das Lignin aus, ein komplexer Stoff aus organischen Alkoholen, der für den eigentlichen Holzcharakter von Pflanzenzellen verantwortlich ist. Früher wurde das Lignin meistens verworfen, aber mittlerweile nutzt man es beispielsweise als Bindemittel für Pressplatten (insbesondere in Nordamerika).

Die Erfindung ist eine Vorrichtung, die in der Lage ist, das Holz schnell, zuverlässig und tief in seinem Kern zu erhitzen und seine Bestandteile, insbesondere die Cellulose zu erweichen. Die Vorrichtung ist ziemlich einfach gebaut. Ein Mikrowellenstrahler 1 wird in der herkömmlichen Spann-Vorrichtung oder in eine Holz- oder Metall-Biege-Maschine 2 eingebaut. Die Intensität der Mikrowellen ist so hoch, dass sie das Holz 3 erhitzen können und ihn dadurch biegsam machen. In der Regel reicht eine Leistung von ca. 1200 bis 3000 W vollkommen aus, je nach Durchmesser des Holzes, das bearbeitet werden soll. Die Vorrichtung kann für die Herstellung von Möbeln, Dachdecker-Elementen, Tennis-Schläger etc. verwendet werden.

Der Mikrowellenstrahler kann auch in eine beliebige Biege-Holz-Herstellungs-Maschine eingebaut werden. Das ist ein Gerät, das das Holz um ca. 20% in erhitzten Zustand und in Längsrichtung zusammenstaucht, um ihn dauerhaft weich zu machen. Die Mikrowellen erhitzen das Holz sehr schnell und exakt an die Stellen, die man für eine Zusammenstauchung oder Holzbiegung braucht. Die Hitze wird nicht nur oberflächlich das Holz erreichen, sondern sie dringt tief in das Holz ein und erhitzt ihn ziemlich gleichmässig. Je nach Mikrowellenintensität kann das sehr schnell geschehen und die Bearbeitung des Holzes stark beschleunigen. Das Holz wird dadurch schnell biegsam und leicht zu verarbeiten.

Als Mikrowellenstrahler eignet sich sehr gut ein Magnetron, der auch in einem Mikrowellen-Herd verwendet wird. Er hat kleine Abmessungen und ist heutzutage ziemlich billig geworden. Die Mikrowellen aus der Magnetron können durch einen Mikrowellenleiter 4 bis zu eine gewünschte Stelle weitergeleitet werden. Das kann nutzvoll für kleine Holzteile sein, die gebogen werden müssen.

Die Holzbiege-Geräte mit Mikrowellentechnik können sehr klein und handlich gebaut werden. Eine Variante weist eine Sprühdüse 5 auf, die Wasser sprühen kann und das Holz vor der Mikrowellen-Behandlung befeuchten. Das kann sich als vorteilhaft erweisen bei etwas trockenes Holz. Die Düse ist mit einer Wasserpumpe 6 verbunden, die mit einem Wasservorratstank 7 oder Wasseranschluss-Stelle gekoppelt ist.

Das Gerät kann auch mit einer Wasserstrahl-Schneide-Vorrichtung 8 gekoppelt werden, die das Holz durch Hochdruck-Wasserstrahl in eine beliebige Stelle schnell und zuverlässig schneiden kann.

Das Holz lässt sich nach der Behandlung leichter und stärker (mit kleinerem Radius) biegen ohne zu brechen. Nach dem Biegen verbleibt das Holz bis auf eine geringe Rückfederung in der Form. Maschinen und Vorrichtungen für das Biegen von Stahl können auch für die Holzprofile verwendet werden. Die Mikrowellen haben auch den Vorteil gegenüber Dampf-Methode, weil sie in der Lage sind, das Holz nicht nur schneller und von innen zu erhitzen, sondern es auch stärker zu erhitzen. Während Dampfanlagen das Holz bis Maximum 100°C (unter normalen Druck) erhitzen können, kann der Magnetron das Holz weit über 100°C erhitzen. Allerdings soll das Holz nicht zu stark erhitzt werden, weil dann er sogar entzündet werden kann oder der Wasseranteil zu schnell verringert werden kann und das Holz frühzeitig steif wird. Die Mikrowellen können das Holz nachher trocknen. Das ist ebenfalls ein Vorteil durch den Einsatz von Mikrowellen.