Die Erfindung betrifft allgemein künstliche Holzwerkstoffbauelemente sowie das Verfahren ihrer Herstellung und Montage. Im Besonderen betrifft die Erfindung die Produktion von Holzwerkstoff-Rahmenbauelementen wie z. B. Pfosten und Stützstreben.

Im herkömmlichen Hochbau können Bauelemente wie Wände, Dächer, Fußböden und Stützen aus hölzernen Rahmenbauelementen und Holzverkleidungen montiert werden. Rahmenbauelemente, z. B. Rahmenhölzer, können aus in Standardgrößen zugeschnittenem Naturholz der Espe, Fichte, Kiefer und Tanne hergestellt werden. Die üblicherweise aus Sperrholz oder OSB-Platten (Grobspan-/Langspanplatten) bestehenden Holzverkleidungen werden am Rahmen eines Bauelements mittels mechanischer Befestigungsmittel und Bindemittel wie Krampen, Nägeln, Leim, Schrauben oder Urethan-Schaumkleber angebracht.

Herkömmliche Bauhölzer aus Naturholz weisen generell Mängel bezüglich Festigkeit, Verfügbarkeit und Preis auf. Bauelemente aus herkömmlichen Werkstoffen haben ebenfalls Nachteile im Hinblick auf Festigkeit, Preis und einfache Montage. Herkömmliches Naturbauholz weist große Qualitätsunterschiede auf. Da Rahmenbauelemente von nominell 2×4 in (eigentlich 1S × 3S in) vollständig als kompakte Stücke aus Holzstämmen oder Holzblöcken herausgeschnitten werden, können sie holzeigene Mängel wie Astknorren und Risse aufweisen. Astknorren verringern in der Regel die Festigkeit von Bauholz, wodurch in Konstruktionen ein hoher Sicherheitsfaktor erforderlich wird, der die effiziente Nutzung der Werkstoffe verhindert. Außerdem können sogenannte "Schwarten", die aus den äußeren Bereichen meist jüngerer und kleinerer Baustämme herausgesägten Anschnitte, einen unerwünschten abgerundeten statt rechteckigen Rand aufweisen. Bauholzplatten können nach dem Fräsen feucht werden oder austrocknen, so dass sie sich verziehen und für ihren ursprünglichen Zweck unbrauchbar werden. Diese Mängel bedingen die mindere Qualität von 30–35% des herkömmlichen Bauholzes.

Das Bauholz, welches zur Verwendung in Konstruktionen geeignet bleibt, muss häufig wegen uneinheitlicher Maßhaltigkeit zugeschnitten, durch Beilagen ausgeglichen, in seiner Position festgenagelt oder anderweitig zweckentsprechend angepasst werden. Außerdem verändern sich aufgrund von Umwelteinflüssen oder der anderen oben genannten Faktoren die Abmaße des Bauholzes nach dessen Montage. Das montierte Bauholz trocknet z. B. in einem "Nagelschuss" genannten Zustand aus oder schrumpft, so dass die Befestigungsmittel locker werden oder herausbrechen. Gleichermaßen kann der zufällige Kontakt mit Wasser oder Feuchtigkeit das Holz anschwellen lassen und permanent verwerfen.

Naturholz zur Herstellung von Bauholz insbesondere in größeren Abmessungen wird auch wegen der Ausbeutung alter Baumbestände immer knapper. Diese Knappheit führt natürlich zu einer Qualitätsminderung und/oder zum Anstieg der Kosten für herkömmliches Bauholz und der mit Bauholz errichteten Privat- und Geschäftsgebäude.

Diese Anwendung betrifft auch Holzwerkstoffartikel aus Zellulose. Eine Art von Holzwerkstoffelement sind z. B. künstlich hergestellte Platten aus verleimten Holzelementen und/oder Lignozellulose-Werkstoffen, welche in Fachkreisen beispielhaft mit folgenden Begriffen bezeichnet werden: Holzfaserplatten wie Hartfaserplatten, mitteldichte Holzfaserplatten und poröse Holzfaserplatten; Spanplatten wie Flachpressplatten, Mehrschichtplatten, Strangpressplatten, OSB-Platten und Sperrholz. Zu den Holzwerkstoffelementen zählen auch die aus diesen Werkstoffen kombinierten künstlichen Platten.

Die Fachwelt kennt viele verschiedene Methoden zur Herstellung von OSB-Platten, die u. a. in Kapitel 4.3 des vom Canadian Wood Council herausgegebenen Wood Reference Handbook und in The Complete Manual of Woodworking von Albert Jackson, David Day und Simon Jennings beschrieben sind.

Der erste Schritt in der Herstellung eines Holzwerkstoffs sind Beschaffung und Sichtung von Stämmen von Espe, Kanadabalsam, Buche, Birke, Zeder, Ulme, Robinie, Ahorn, Eiche, Kiefer, Pappel, Fichte oder Kombinationen daraus. Die Stämme können in mit heißem Wasser gefüllte Becken eingelegt werden, um das Holz für die Entrindung aufzuweichen. Nach der Entrindung werden die Stämme mittels mechanischer Schneidmittel zu Spänen zerkleinert. Die entstandenen Späne werden vor der Trocknung in feuchten Behältern gelagert. Sobald die Späne bis auf einen einheitlichen Feuchtegehalt abgetrocknet sind, werden sie zur Verringerung der Menge der vorhandenen Feinspäne grob gesichtet. Die auch als Füllmaterial bezeichneten Späne werden anschließend unter Beigabe von Kunstharzbindemitteln, Wachs und gewünschten leistungssteigernden Additiven zum Holzwerkstoffrohmaterial, auch Ganzzeug genannt, vermischt. Die kunstharzbeschichteten oder -besprühten Späne werden dann auf einer Formstraße zu einem locker filzigen Vlies gestreut. Das Vlies mit einer oder mehreren Schichten gezielt (oder auch zufällig) ausgerichteter Späne wird dann einer Presse zugeführt. Die Presse verfestigt das Vlies unter Einwirkung von Wärme und Druck, wobei das Kunstharz abbindet und die Späne verleimt. Die Platten werden danach aus der Presse entnommen und auf die erforderliche Größe zugeschnitten.

Holzwerkstoff-Bauelemente des oben beschriebenen Typs sind z. B. aus US 5,685,124 und DE 835 053 C bekannt. Beide Dokumente beschreiben Bauelemente, die ein nicht planar geformtes Verbundelement in einer Zickzack-Konfiguration enthalten, welches den Kern des Bauelements bildet.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eines oder mehrere der oben beschriebenen Probleme zu lösen und einen neuartigen, nicht planar geformten Verbundsteg zur Verwendung in einem formbeständigen Holzwerkstoffbauelement mit verbesserten Eigenschaften bereitzustellen.

Folglich werden ein nicht planar geformter Verbundsteg zur Verwendung in einem formbeständigen Holzwerkstoffbauelement nach Anspruch 1 und ein entsprechendes Herstellungsverfahren nach Anspruch 15 bereitgestellt.

Somit stellt die vorliegende Erfindung auch ein formbeständiges Holzwerkstoffbauelement mit dem geformten Verbundsteg bereit, der eine sehr spezifische Struktur aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass die Steifigkeitseigenschaften des Verbundstegs durch die oben erwähnten Variationen in der Dicke maximiert werden, so dass man Holzwerkstoffbauelemente in verbesserter Qualität erhält.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden für Fachleute aus der Prüfung der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich. Obwohl die Erfindung in diversen Ausführungen implementiert werden kann, werden im Folgenden nur beispielhaft spezifische Ausführungen der Erfindung beschrieben, wobei nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf diese Ausführungen allein zu beschränken.

1 ist eine isometrische Ansicht eines Holzwerkstoffbauelements mit dem Verbundsteg gemäß der Erfindung, welches in mehrere Stütz- oder Pfostenelemente aufteilbar ist.

2 zeigt den Querschnitt einer Presse zur Formung des Verbundstegfeldes gemäß der Erfindung.

3 zeigt den Querschnitt des Verbundstegfeldes gemäß der Erfindung.

4 ist eine isometrische Ansicht des Verbundstegfeldes gemäß der Erfindung.

5 zeigt einen Seitenaufriss eines teilweise freigelegten Verbundstegfeldes sowie Flanschfelder in formschlüssiger Geometrie, wie sie in einer Ausführung der Erfindung verwendet werden.

6 zeigt einen Seitenaufriss eines Verbundsteg-Teilstücks gemäß der Erfindung.

7 ist eine isometrische Schnittansicht eines Teils einer Ausführung der Erfindung mit einem Holzwerkstoffelement mit Abmessungen von nominell 2×4.

8 ist eine isometrische Teilansicht einer Ausführung der Erfindung mit einer Holzwerkstoff-Stützstrebe.

9 ist eine isometrische Teilansicht einer Ausführung der Erfindung mit einem Holzwerkstoffelement mit Abmessungen von nominell 2×4.

10 ist eine isometrische Teilansicht einer Ausführung der Erfindung mit einem Holzwerkstoffelement mit Abmessungen von nominell 2×6.

Gemäß der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundstegs zur Verwendung in Bauelementen aus holzbasierten Werkstoffen bereitgestellt. Die holzbasierten Werkstoffe können z. B. Flachspäne, Plättchen, Teilchen, Fasern und/oder Fäden einschließlich Mischungen daraus sein. Allgemein können die Bauelemente durch Beschichten oder Besprühen eines oder mehrerer holzbasierter Werkstoffe wie Flocken oder Fasern mit Kunstharzbindemittel und optional mit einem Wachs und anderen leistungssteigernden Füllmitteln zur Erzeugung eines Holzwerkstoffrohmaterials oder Ganzzeugs bereitgestellt werden. Das Holzwerkstoffrohmaterial oder Ganzzeug wird zu einem Vlies mit ungefähr einheitlichem Grundgewicht geformt, welches in eine Presse mit der gewünschten geometrischen Form eingelegt und unter Wärme- und Druckeinwirkung zu einem Verbundfeld verfestigt wird. Eine Presse zur Herstellung eines geformten oder konturierten Verbundfeldes wird nachstehend detailliert beschrieben. Zwei oder mehrere dieser Felder werden, wahlweise mit einem oder mehreren Endblöcken oder anderen Rahmenelementen, zur Herstellung eines Mehrschicht-Holzwerkstoffprodukts der Erfindung aneinander geleimt. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das verleimte Produkt anschließend in mehrere Mehrschicht-Holzwerkstoffbauelemente zugeschnitten.

Die Mehrschicht-Holzwerkstoffbauelemente der Erfindung enthalten vorzugsweise OSB-Elemente aus Rohmaterial, welches wie oben beschrieben durch Zerspanung von Stämmen oder anderen Holzquellen gewonnen wird. Die Fachwelt kennt diverse Verfahren zur Herstellung dieser Späne. Die Späne werden vorzugsweise mittels mechanischem Schnitzeln und Schälen hergestellt. Quellen für Holzmaterial sind beispielsweise: Espe, Kanadabalsam, Buche, Birke, Zeder, Ulme, Robinie, Ahorn, Eiche, Kiefer, Pappel, Fichte oder Kombinationen daraus. Espe oder Kiefer sind zwar vorzuziehen, aber das zu verwendende Holz wird gemäß Verfügbarkeit, Preis und besonderen Anwendungsanforderungen gewählt. Die Art des holzbasierten Werkstoffs bestimmt die Art und Eigenschaften der hergestellten Platte. Z. B. kann die Erfindung mit Spanplatte, Mehrschicht-Platte, Flachpressplatte, OSB-Platte und/oder Faserplatte bezeichnete Elemente enthalten. OSB-Platten werden bevorzugt.

Die Bereiche der beispielhaften und bevorzugten Spanmaße zur Verwendung in einem bevorzugten Verbundfeld ergeben sich aus nachfolgender Tabelle 1.

Nachdem die Späne wie oben beschrieben hergestellt worden sind, werden sie vorzugsweise zur Reduzierung von Feinspänen und Staub weiterbehandelt. In diesem Schritt werden die Späne vorzugsweise durch einen rotierenden Sichter geleitet oder mit einem anderen geeigneten Mittel gereinigt. Allgemein liegt die Feinspanmenge bei bis zu 60 Gewichtsprozent (Gew.%) (bezüglich des Gesamtgewichts des holzbasierten Werkstoffs) bei einem Lochdurchmesser des Sichters von ca. 1/8 in (ca. 3,2 mm) oder kleiner, und bevorzugt zwischen ca. 20 Gew.% und ca. 30 Gew.%. (Wenn nicht anders angegeben, beziehen sich die hierin angegebenen Prozentsätze auf das Gewicht.) Die Mischung von holzbasierten Werkstoffen wird manchmal einfach als Holzspäne bezeichnet.

Der Feuchtegehalt der verarbeiteten Späne liegt vorzugsweise zwischen ca. 2 Gew.% und ca. 9 Gew.% und noch besser zwischen ca. 4 Gew.% und ca. 6 Gew.% bezüglich des Gewichts des holzbasierten Werkstoffs.

Die Späne (inkl. Teilchen und Staub) werden dann vorzugsweise unter Beigabe von Kunstharzbindemitteln, Wachs und allen anderen gewünschten leistungssteigernden Additiven zu dem Holzwerkstoffrohmaterial vermischt, welches zur Herstellung der Platten der Erfindung dient. Zu den bevorzugten Kunstharzbindemitteln zählen Phenolharze, Resorcin-Harze und MDI-Harze, obgleich viele andere Harzarten verwendet werden können. Vorzugsweise liegt der Harzgehalt zwischen ca. 1 Gew.% und ca. 10 Gew.% des Gewichts des holzbasierten Werkstoffs und noch besser zwischen ca. 3S Gew.% und ca. 5S Gew.%. MDI-Harze werden generell in geringerer Menge als Phenol- oder Resorcin-Harze verwendet. MDI-Harze sind nicht nur in geringerer Menge erforderlich, sondern sie ermöglichen auch niedrigere Pressdrucktemperaturen (damit einen reduzierten Energieverbrauch) sowie die Verwendung von Rohmaterialien mit höherem Feuchtegehalt.

Die dem Rohmaterial beigegebenen Additive geben den Holzwerkstoffbauelementen der Erfindung verschiedene vorteilhafte Eigenschaften. Z. B. können in alternativen Ausführungen der Erfindung Wachse, Feuerhemmmittel, Insektizide, Fungizide, Imprägniermittel, Ultraviolettlicht- (UV-) Absorber, Holzfarbstoffe in allen möglichen Kombinationen verwendet werden. Beispielsweise ist ein Feuerhemmmittel unter der Marke D-BLAZE von Chemical Specialties, Inc., Charlotte, North Carolina, erhältlich. Wachs wird vorzugsweise zur Erhöhung der Feuchtbeständigkeit, vorzugsweise zwischen ca. S Gew.% bis zu ca. 2 Gew.% des Gewichts der Holzspäne, z. B. ca. 1 Gew.%, beigegeben. Ein solches Wachs wird beispielsweise unter der Marke EW 58 LV von Borden, Diboll, Texas, angeboten.

Das Rohmaterial wird dann zu einem Vlies mit generell einheitlichem Gewicht kontinuierlich auf einer Formstraße ausgebreitet. In einer anderen Ausführung der Erfindung kann das Vlies chargenweise geformt werden. Das Grundgewicht eines Vlieses errechnet sich aus Volumen des geformten Feldes mal gewünschte Dichte des geformten Feldes dividiert durch die Oberfläche des erzeugten Vlieses und wird in lb/ft² oder kg/m² ausgedrückt.

Ein kontinuierlich geformtes Vlies wird dann so zugeschnitten, das es in etwa der Länge und Breite eines gewünschten, mit einer geeigneten Presse herzustellenden Feldes entspricht oder etwas größer ist. Demnach sind Länge und Breite eines verfestigten Feldes nur durch die Größe des zur Herstellung benötigten Geräts beschränkt.

Die einzelnen Vliesspäne können spezifisch ausgerichtet werden (wie es generell bei OSB-Platten der Fall ist), oder das Vlies kann zufällig ausgerichtete Späne aufweisen. OSB-Platten werden entweder aus einem Vlies mit spezifisch oder auch zufällig ausgerichteten Spänen hergestellt. Einzelne Spanschichten in einem einzigen Vlies können unterschiedlich ausgerichtet sein. Die Spanausrichtung beeinflusst die mechanischen Leistungsmerkmale der verfestigten Holzwerkstoffplatte, so dass sich die bevorzugte Spanausrichtung von Anwendung zu Anwendung unterscheidet.

Das Vlies wird dann in eine Presse mit den gewünschten geometrischen Abmessungen eingelegt. Die Temperatur der Pressenplatten und der Presse während der Verfestigung des Vlieses mit Phenolharz liegt vorzugsweise zwischen ca. 420°F und ca. 480°F (ca. 215°C und ca. 249°C) und noch besser bei ca. 450°F (ca. 232°C). Wie den Fachleuten bekannt sein wird, lassen sich die bezüglich verschiedener Faktoren wünschenswerten Drucktemperaturen und Drücke modifiziert werden, darunter: Pressengeometrie; Art des gepressten Holzes; Feuchtegehalt des Rohmaterials; Pressdauer; und Art des verwendeten Harzes. Der Feuchtegehalt des Rohmaterials ist ein wichtiger Faktor, welcher die unter gegebenen Druckbedingungen zu erreichende Kerntemperatur des Vlieses und folglich den Druckzyklus beeinflussen kann. Die Pressdauer kann generell durch Erhöhen der Drucktemperatur in gewissen, Fachleuten bekannten Grenzen verringert werden.

Dampfstrahlpressen ist ein Verfestigungsschritt, der z. B. unter gewissen Umständen in der Herstellung von verfestigten Zellulose-Holzwerkstoffen eingesetzt werden kann. Dabei wird Dampf durch perforierte Heizpressenplatten und/oder Pressen durch das Vlies hindurch gedrückt. Der Dampf kondensiert auf den Oberflächen des Rohmaterials und erhitzt das Vlies. Die vom Dampf sowie von den Pressenplatten und/oder der Presse auf das Vlies übertragene Hitze härtet das Harz aus. Im Vergleich zu herkömmlichen Pressverfahren kann Dampfstrahlpressen unter gewissen Umständen eine Reihe von Vorteilen bieten, wie z. B. kürzere Pressdauer, eine schnellere und zufriedenstellendere Aushärtung dickerer Felder und Produkte mit einheitlicheren Dichten.

Nach einer Ausführung des Verfahrens der Erfindung wird ein erstes Vlies unter Wärme- und Druckeinwirkung in einem Gerät verfestigt, das zur Herstellung eines geformten Verbundstegs mit einer oder mehreren Konturen konfiguriert ist (z. B. Konturen wie Grate, Rippen, Kanäle, Vorsprünge, flache Zonen, obere Zonen, Außenzonen oder erhöhte Zonen), die wie nachstehend im Detail beschrieben aufwärts und/oder abwärts von einer Mittellinie oder einer großen planaren Oberfläche des Feldes angeordnet sind. In einer Ausführung der Erfindung mit vorzugsweise einheitlicher Dichte haben die Vorsprünge vorzugsweise den gleichen Abstand voneinander. Nach dem Pressen bleibt das Feld intakt und bricht nicht. Das Feld wird anschließend an den Rändern zugeschnitten.

Bevorzugte Ausführungen der Erfinderartikel enthalten generell mehrere OSB-Elemente, welche die gleiche Konfiguration und Zusammensetzung aufweisen können, aber nicht müssen. So werden ein oder mehrere Vliese jeweils unter Hitze- und Druckeinwirkung in einem Gerät verfestigt, welches für die Herstellung eines Feldes mit der gewünschten Konfiguration ausgelegt ist. Diese zusätzlichen Holzwerkstoffvliese können flach sein oder geformte oder konturierte Merkmale aufweisen und werden ebenfalls an den Rändern zugeschnitten. Diese zusätzlichen Felder werden ebenfalls nachstehend im Detail beschrieben.

Ein oder mehrere dieser zusätzlichen Felder werden ausgerichtet und mit dem ersten Feld sowie optional mit Endblöcken oder anderen Rahmenteilen zu einem Holzwerkstoffbauelement der Erfindung verbunden. Jedes geeignete Bindemittel kann zur Verbindung der Felder und optionalen Endblöcke verwendet werden. Ein bevorzugtes Bindemittel, das auf den Schnittstellen oder Stossstellen zwischen Feldern aufgebracht wird, weist eine Scherfestigkeit auf, die mindestens der Scherfestigkeit der Holzwerkstofffelder selbst entspricht. Ein bevorzugtes Bindemittel kann aus der Gruppe der Heißschmelz-Polyurethane, feuchtebindenden Heißschmelz-Polyurethane, feuchtebindenden Polyurethan-Klebemittel und Kombinationen daraus gewählt werden. Die Menge des auf die Kontaktoberflächen aufzutragenden Klebemittels liegt vorzugsweise zwischen ca. R oz./ft² (ca. 7,4 ml/cm²) und x oz./ft² (ca. 22 ml/cm²), z. B. S oz./ft² (ca. 14 ml/cm²). In einer alternativen Ausführung der Erfindung können ein wasserfestes Resorcin-Bindemittel oder ein Isocyanat- oder MDI-basiertes Bindemittel verwendet werden. In einer weiteren alternativen Ausführung kann das Bindemittel durch mechanische Befestigungsmittel wie Krampen ersetzt oder unterstützt werden.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Holzwerkstoffbaugruppe anschließend wie nachstehend erläutert in mehrere Holzwerkstoffbauelemente unterteilt.

Die vorteilhaften Eigenschaften des Produkts der Erfindung machen es zu einem ausgezeichneten Element in Hochbauanwendungen. Der Prozess gemäß der Erfindung erzeugt ein Holzwerkstoffelement, welches eine technische Kombination diverser erwünschter, für Bauelemente nützlicher Eigenschaften wie z. B. Bruch- und Biegebruchfestigkeit, Biegesteifigkeit, Durchschusshemmung und erhöhten Schutz gegen Wasser, Insekten, Bakterien und Feuer integriert.

Verschiedene bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden nun im Detail beschrieben.

Der Prozess der Erfindung kann zur Herstellung eines zum Ersatz herkömmlichen Bauholzes geeigneten Holzwerkstoffbauelements oder zur Konstruktion von spezifischen Anwendungen verwendet werden, für die herkömmliches Bauholz aufgrund seiner Abmessungen und Festigkeitseigenschaften nicht geeignet ist. 1 zeigt zunächst eine Ansicht eines gemäß der Erfindung hergestellten Produkts in Form einer Holzwerkstoffbaugruppe 20 als Zwischenkomponente, welche die gemäß der Erfindung hergestellten Mehrschicht-Holzwerkstoffelemente enthält. Die Komponente 20 enthält einen oder mehrere Verbundstege 21 (einer gezeigt) und einen oder mehrere Endblöcke 22 (zwei gezeigt), welche zwischen zwei Flanschen 23 eingefügt sind. Das Flanschfeld 23 in 1 kann, muss aber nicht flach sein. Die Holzwerkstoffbaugruppe 20 wird vorzugsweise senkrecht zum Kanal 24 im Verbundsteg 21 entlang der Linien 25 zur Herstellung einzelner Mehrschicht-Holzwerkstoffelemente der Erfindung durchtrennt (s. 9 und 10), wobei jedes Holzwerkstoffelement einen oder mehrere Verbundstege 21, Flansche 23 und optionale Endblöcke 22 aufweist.

Es wird davon ausgegangen, dass die Begriffe Verbundsteg, Flansch und Endblock zur Bezeichnung der Felder und Balken in der Holzwerkstoffbaugruppe 20 oder der einzelnen Holzwerkstoffelemente verwendet werden, die durch die oben beschriebene und in 1 gezeigte Trennung der Holzwerkstoffbaugruppe 20 entlang der Linien 25 entstehen. Obwohl die Begriffe Verbundsteg und Verbundstegfeld austauschbar sind, kann der Begriff Verbundstegfeld zur Bezeichnung eines relativ größeren Elements, z. B. des Elements 21 in 1, vor dessen hierin beschriebenen Zuschnitt verwendet werden.

In einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung eines Holzwerkstoffprodukts der Erfindung wird das Vlies des späteren Verbundstegs 21 aus bis zu drei Schichten von harzbeschichteten, locker filzigen und ausgerichteten Schälspänen in dem vorstehend beschriebenen Prozess erzeugt. Z. B. wird eine erste oder untere Schicht parallel zur Längsachse eines fertigen Holzelements erzeugt. Diese erste Schicht entspricht vorzugsweise 1/3 bis ca. 100% des gesamten Vliesgewichts. Eine zweite oder mittlere Schicht kann senkrecht zur Richtung der ersten Schicht erzeugt werden und bis zu ca. 1/3 des gesamten Vliesgewichts entsprechen. Eine dritte oder obere Schicht kann parallel zur ersten Schicht erzeugt werden und bis zu ca. S des gesamten Vliesgewichts entsprechen. Anders gesagt, das Vlies enthält vorzugsweise eine bis drei Schichten, wobei generell jede Schicht Späne enthält, welche senkrecht zur Richtung der Späne in einer benachbarten Schicht ausgerichtet sind. In einer bevorzugten Ausführung entspricht jede Schicht etwa 1/3 des gesamten Vliesgewichts. In einer anderen bevorzugten Ausführung sind ca. 80% bis ca. 100% der Späne parallel zur Längsachse eines Holzelements ausgerichtet, z. B. etwa 90% der Späne. In solchen Ausführungen sind die parallel zur Längsachse des Holzelements ausgerichteten Späne etwa gewichtsgleich zwischen den oberen und unteren Schichten verteilt.

In einer bevorzugten Ausführung entsprechen die Maße des Verbundstegs 21 in senkrechter Richtung zu den Kanälen 24 ungefähr der gewünschten Länge eines fertiggestellten Holzwerkstoffprodukts der Erfindung. In einer anderen bevorzugten Ausführung sind die Maße des Verbundstegs 21 in senkrechter Richtung zu den Kanälen 24 kürzer als die gewünschten Länge des fertiggestellten Holzwerkstoffprodukts der Erfindung, um wie in der Ausführung in 1 Raum für optionale Endblockbalken 22 zu lassen. In diesem Fall wird der Verbundsteg 21 vorzugsweise an den Flansch 23 derart angeleimt, dass ungefähr gleichgroße Lücken an gegenüberliegenden Enden der Holzwerkstoffbaugruppe 20 entlang der Linien 25 freigelassen werden. Diese Ausführungen werden nachstehend im Detail in Verbindung mit den Endblöcken 22 erläutert.

Die Breite des Verbundstegfeldes 21 (d. h. senkrecht zu den Linien 25) und folglich das zur Herstellung des Verbundstegfeldes 21 verwendete Vlies ist vorzugsweise möglichst groß, um die Effizienz der Herstellung mehrerer Holzwerkstoffelemente aus einer Holzwerkstoffbaugruppe 20 zu maximieren. Z. B. ist das Verbundstegfeld 21 in einer zur Herstellung von Holzwerkstoff verwendeten Heißpresse von 4 ft (ca. 1,2 m) mal 8 ft (ca. 2,4 m) vorzugsweise 4 ft (1,2 m) breit. Im besten Fall wird eine Heißpresse von 8 ft (ca. 2,4 m) mal 24 ft (ca. 7,3 m) zur Herstellung von 8 ft (ca. 2,4 m) langen Holzwerkstoffelementen verwendet, wobei ein Verbundstegfeld 21 vorzugsweise ca. 24 ft (ca. 7,3 m) breit ist (d. h. senkrecht zu den Linien 25).

Ein bevorzugter Prozess zur Herstellung eines Holzwerkstoffartikels wird nun beschrieben. Mit Bezug auf 2 wird ein locker filziges Vlies (nicht gezeigt) in eine Presse 26 mit einer bevorzugten einzigartigen Konfiguration zur Herstellung eines Verbundstegfeldes 21 mit parallelen Kanälen und schrägen Seiten eingelegt. Die Presse 26 mit einer ersten (oberen) Pressenplatte 21 und einer zweiten (unteren) Pressenplatte 28 bestimmt die Profilgeometrie des verfestigten Verbundstegs 21. Wenn sich die Presse 26 über dem Vlies schließt, verschieben sich die Holzspäne des Vlieses vorzugsweise innerhalb der Vliesmatrix und folgen grob der Pressenkonfiguration. Man hat festgestellt, dass sich die Vliesoberfläche aufgrund der durch das Zusammenwirken der Pressenplatten 27 und 28 auf das Vlies wirkenden Druck- und Scherkräfte um bis zu 75% ausdehnen kann, vorzugsweise um ca. 15 bis ca. 25 %, im besten Fall um ca. 20%. Die Späne neigen wegen ihres ungebundenen Zustands in dem locker filzigen Vlies generell dazu, sich während des Pressvorgangs in gewisse Bereiche des Vlieses zu bewegen. Zu den Einflussfaktoren auf die Größenordnung, um die sich die Oberfläche eines Vlieses während des mittels des Prozesses der Erfindung verwendeten Pressvorgangs vergrößern kann, zählen: die Geometrie der Kanäle 24, die unterschiedlichen Dicken an den diversen Stellen des Verbundstegs 21; das Grundgewicht des Vlieses und die Ausrichtung der Späne vor dem Schließen der Presse; und die Spangeometrie (einschließlich physischer Länge, Breite und Dicke). Diese Faktoren beeinflussen die Fähigkeit der Späne, sich innerhalb der Matrix des Vlieses zu bewegen oder zu verschieben, bevor sie die Kontinuität des Holzwerkstoffvlieses während des Schließens der Presse umgehen, unterbrechen oder zerstören. Der gemäß der Erfindung verwendete Prozess und die verwendete einzigartige Konfiguration tragen zur optimalen Kombination dieser Faktoren bei, so dass die Oberfläche des Vlieses vergrößert werden kann, ohne dass das Vlies an den äußeren Zonen 23 bricht. Gleichzeitig stellt der Prozess vorzugsweise ein Produkt mit ungefähr gleicher Dichte im gesamten Profil bereit, während die gepressten Produkte früherer Verfahren unerwünschte Dichteabweichungen aufweisen können, welche die Festigkeit einer Platte verringern.

Die Temperatur der Pressenplatten und/oder der Presse während der Vliesverfestigung mittels eines Phenol-Harzes liegt vorzugsweise zwischen ca. 420°F und ca. 480°F (ca. 215°C und ca. 249°C), besser noch bei 450°F (ca. 232°C). Die Pressdauer hängt von der Dicke des Endprodukts und den anderen oben aufgeführten Faktoren ab, liegt aber in bevorzugten Ausführungen der Erfindung generell in einem Bereich zwischen 1 und 5 Minuten.

Die Dicke eines verfestigten Verbundstegs richtet sich nach dem Abstand oder Zwischenraum zwischen der ersten Pressenplatte 27 und der zweiten Pressenplatte 28 während des Pressens und der Verfestigung eines Vlieses. Z. B. ist der Pressenplattenabstand an einer Stelle der Plattenpresse 26 durch den Abstand zwischen Punkt 29 und Punkt 30 in 2 gegeben. Der Pressenplattenabstand kann auch an den Punkten 31 und 32 gemessen werden. Als Ergebnis spezifischer Variationen im Plattenabstand erzeugt die Plattenpresse 26 der Erfindung vorzugsweise einen Verbundsteg 21 mit einer Dicke, die von einem Punkt zum anderen variiert (z. B. unterscheidet sie sich an den Verbundstegstellen, welche den Stellen 29/30 und 31/32 der Plattenpresse in 2 entsprechen), um eine mindestens im wesentlichen einheitliche Dichte im gesamten Verbundsteg zu erreichen. Dieser Aspekt der Erfindung maximiert nicht nur die Steifigkeitseigenschaften des Verbundstegs 21, sondern bewahrt auch die Unversehrtheit des Vlieses unter Druckeinwirkung.

3 zeigt die Querschnittsgeometrie eines mittels der Plattenpresse 26 aus 2 hergestellten Verbundstegfeldes 21 der Erfindung. 4 zeigt eine isometrische Ansicht des mittels der Plattenpresse 26 aus 2 hergestellten Verbundstegfeldes 21. (Gleiche Nummernbezeichnungen beziehen sich auf gleiche Elemente.) Das in 3 und 4 dargestellte Verbundstegfeld 21 weist (a) mehrere allgemein planare längserstreckende äußere Zonen 33 und (b) mehrere längserstreckende innere oder abgewinkelte Zonen 34 auf, welche zwischen den äußeren Zonen an sie anschließend und in sie integriert angeordnet sind. Die äußeren Zonen 33 sind aufwärts (z. B. die Elemente 33a, 33b und 33c in 3) und abwärts (z. B. die Elemente 33d, 33e und 33f in 3) der abgewinkelten Zonen 34 an sie anschließend und in sie integriert angeordnet. Eine obere Oberfläche des Verbundstegfeldes wird durch den Kontakt mit der ersten Pressenplatte 27 erzeugt, und eine untere Oberfläche durch den Kontakt mit der zweiten Pressenplatte 28. Benachbarte äußere Zonen (z. B. die Zonen 33a und 33d) sind in einem vorgegebenen, vorzugsweise gleichen seitlichen Abstand und in einem vorgegebenen vertikalen Abstand zueinander angeordnet.

Die Dicke des Verbundstegs 21 an den aufwärts angeordneten äußeren Zonen 33a, 33b und 33c (wie in 1 gezeigt) ist geringer (dünner) als die Dicke des Verbundstegs 21 an den abgewinkelten Zonen 34. Die Dicke des Verbundstegs 21 an den abwärts angeordneten äußeren Zonen 33d, 33e und 33f ist vorzugsweise größer als die Dicke des Verbundstegs 21 an den aufwärts angeordneten äußeren Zonen 33a, 33b und 33c und mindestens etwa gleich der Dicke des Verbundstegs 21 an den abgewinkelten Zonen 34. Diese Dicken werden durch Einstellen des Pressenplattenabstands wie oben beschrieben erreicht. Genauer gesagt, das Verhältnis zwischen den Dicken der aufwärts angeordneten äußeren Zonen 33a, 33b und 33c und den Dicken der abgewinkelten Zonen 34 und den abwärts angeordneten äußeren Zonen 33d, 33e und 33f liegt vorzugsweise zwischen ca. 0,8 und 0,9, z. B. 0,85. Die unterschiedlichen Dicken des Verbundstegs 21 bieten wesentliche und unerwartete Vorteile für seine Herstellung und Verwendung in den Bauelementen der Erfindung. Die Dicke des Verbundstegs 21 liegt vorzugsweise zwischen ca. 1/8 in und ca. 1 in (ca. 3,18 mm und ca. 25,4 mm), besser noch zwischen ca. R in und ca. S in (ca. 6,35 mm und ca. 12,7 mm). Die Dicke an den äußeren Zonen 33a, 33b und 33c liegt vorzugsweise zwischen ca. 0,215 in und ca. 0,465 in (ca. 5,5 mm und ca. 11,8 mm), während die Dicke an den äußeren Zonen 33d, 33e und 33f vorzugsweise zwischen ca. 0,250 in und ca. 0,50 in (ca. 6,35 mm und ca. 12,7 mm) liegt.

Das Verbundstegfeld 21 gemäß der Erfindung weist vorzugsweise eine Wichte zwischen ca. 0,6 und 0,9 an jeder Stelle des Feldes auf, besser noch zwischen ca. 0,65 und 0,75 und im besten Fall ca. 0,75 bei Verwendung von Kiefernholz. Die Gesamtwichte des Verbundstegfelds liegt vorzugsweise zwischen ca. 0,6 und 0,9, besser noch zwischen ca. 0,65 und 0,75 und im besten Fall bei ca. 0,75 bei Verwendung von Kiefernholz, wodurch er zu einem hochdichten Holzwerkstoff wird. Der unterschiedliche Pressenplattenabstand ermöglicht die Herstellung eines Verbundstegfeldes 21 mit einer mindestens im wesentlichen einheitlichen Dichte im gesamten Profil. Vorzugsweise entspricht die Dichte des Verbundsteg 21 an einer äußeren Zone 33 mindestens 75% der Dichte des Verbundsteg 21 an einer abgewinkelten Zone 34, besser noch mindestens 90%, z. B. 95%. Ebenso entspricht die Dichte des Verbundstegs 21 an einer aufwärts angeordneten äußeren Zone (z. B. 33a) mindestens 75% der Dichte des Verbundstegs 21 an einer abwärts angeordneten äußeren Zone (z. B. 33d), besser noch mindestens 80%, im besten Fall mindestens 90%, z. B. 95%.

Während die äußeren Zonen 33 des in 3 und 4 dargestellten Verbundstegfeldes 21 generell flach (planar) sind, können sie in einer alternativen Ausführung Konturen oder andere Abweichungen von einer planaren Konfiguration aufweisen. Z. B. können Außenoberflächen der äußeren Zonen 33 des Verbundstegs 21 eine Struktur oder Kontur zur Verbesserung der Formschlüssigkeit oder Verleimung (formschlüssige Geometriestruktur) mit anderen Komponenten wie z. B. einem Flansch, Endblock oder einem weiteren Verbundsteg des fertiggestellten Holzwerkstoffprodukts aufweisen. 5 zeigt z. B. eine Profilteilansicht eines Verbundstegs 21 und Flanschen 23a und 23b mit einer Art von formschlüssiger Geometriestruktur. Eine untere Oberfläche 133dder Zone 33d weist eine Struktur auf, welche einen verbesserten Zusammenhalt mit einer strukturierten oberen Oberfläche 123b des Flansches 23b ermöglicht. Daraus folgt, dass sich der hier verwendete Begriff flach auf einen allgemein planaren Teil bezieht. In einer weiteren alternativen Ausführung kann eine äußere Zone 33 die Spitze eines gekrümmten Teils des Verbundstegs 21 sein. In noch einer weiteren Ausführung kann eine äußere Zone 33 eine Dicke aufweisen, welche von der Mitte der äußeren Zone 33 zum Ende der äußeren Zone 33, welche mit einer abgewinkelten Zone verbunden und integriert geformt ist, zu- oder abnimmt.

In gleicher Weise sind die in 3 dargestellten abgewinkelten Zonen 34 allgemein flach (planar) (wie auch in 5 und 6 gezeigt), können aber auch Konturen aufweisen. Z. B. kann ein Verbundsteg 21 einen Querschnitt in Form einer Sinuskurve aufweisen. In noch einer weiteren Ausführung können die in 3 gezeigten abgewinkelten Zonen 34 eine oder mehrere flache Zonen enthalten, die im wesentlichen senkrecht zu den äußeren Zonen 33 des Verbundstegs 21 angeordnet sind. In noch einer weiteren Ausführung kann eine abgewinkelte Zone 34 eine Dicke aufweisen, welche von der Mitte der Zone 34 zum Ende der Zone 34, welche mit einer äußeren Zone verbunden und integriert geformt ist, zu- oder abnimmt.

Die abgewinkelten Zonen 34 können in unterschiedlichen Winkeln zu den äußeren Zonen 33 stehen. Diese Winkel, die als Freiwinkel bezeichnet werden können, liegen in einem bevorzugten Holzwerkstoffartikel vorzugsweise zwischen ca. 30 Grad und ca. 60 Grad, besser noch zwischen ca. 35 Grad und ca. 55 Grad, und im besten Fall zwischen ca. 40 Grad und ca. 50 Grad, z. B. ca. 45 Grad.

In 7 wird ein Holzwerkstoffartikel 38 der Erfindung mit einem oberen und unteren Flansch 23a bzw. 23b, einem zwischen den Flanschen eingefügten Verbundsteg 21 sowie einem optionalen Endblock 22 dargestellt. Ein Radius 31 ist als Krümmung für den Verbundsteg 21 an einem Schnittpunkt zwischen der äußeren Zone 33 und der abgewinkelten Zone 34 festgelegt. Der Radius 35 des Verbundstegs 21 an den zwischen den abgewinkelten Zonen 34 und den äußeren Zonen 33 gebildeten Winkeln variiert allgemein mit der Dicke der aufwärts angeordneten äußeren Zonen 33. Die nachstehende Tabelle II fasst die bevorzugten ungefähren Radien des Verbundstegs 21 für diverse Dicken der äußeren Zone 33 zusammen.

Die Profilstärke des Verbundstegs 21 (gemessen an der größten Tiefe des Verbundstegs, z. B. dem Abstand von einer oberen Oberfläche 133a der Zone 33a zur unteren Oberfläche 133d der Zone 33d) liegt vorzugsweise zwischen ca. R in und ca. 8 in (ca. 6,35 mm und ca. 20,32 mm) und besser noch zwischen ca. R in und ca. 4 in (ca. 6,35 mm und ca. 10,16 mm).

Die Ziehtiefe eines Verbundstegs 21 ergibt sich aus dem vertikalen Abstand, der von einer abgewinkelten Zone 34 zwischen den Mittellinien benachbarter äußerer Zonen (z. B. Zonen 33a und 33d) überbrückt wird. Die Ziehtiefe in einem Verbundsteg 21 kann, muss aber nicht einheitlich sein. Folglich liegen z. B. die oberen Oberflächen der äußeren Zonen 33a, 33b und 33c vorzugsweise, wenngleich optional, in derselben Ebene. Die Ziehtiefe des Verbundstegs 21 liegt vorzugsweise bei ca. 6 in (ca. 15,24 cm) oder darunter und besser noch zwischen ca. R in und ca. 3 S in (ca. 6,35 mm und ca. 88,9 mm). In einer Ausführung der Erfindung ist die Ziehtiefe des Verbundstegs 21 größer als die Dicke jeder Zone.

Ein Verbundstegabschnitt 36, dargestellt in 6, ist definiert als ein Teil eines Verbundstegs 21 zwischen einem Mittelpunkt in Längsrichtung einer abwärts angeordneten äußeren Zone 33 und dem Mittelpunkt in Längsrichtung einer benachbarten abwärts angeordneten äußeren Zone 33 (z. B. Mittelpunkt von 33d bis Mittelpunkt von 33b). Dieser Abstand (gemessen entlang des in 6 gezeigten Linienabschnitts A-B) hängt vom Freiwinkel der abgewinkelten Zone 34, der Ziehtiefe im Verbundstegabschnitt 36 und der Länge der abwärts angeordneten äußeren Zone 33d und der aufwärts angeordneten äußeren Zone 33b ab. In einem Verbundsteg 21, in dem alle Verbundstegabschnitte 36 identisch sind, wird die Häufigkeit, mit welcher sich der Stegabschnitt wiederholt, als der Kehrwert der Länge des Verbundstegabschnitts 36 definiert.

Die Festigkeitseigenschaften von Holzwerkstoffartikeln hängen zum Teil von der Häufigkeit ab, mit welcher sich der Verbundstegabschnitt 36 wiederholt. Allgemein gesagt, die Biegesteifigkeit nimmt mit wachsender Häufigkeit zu. Folgende Konstruktionsfaktoren haben Einfluss auf die Biegesteifigkeit eines Verbundstegs und damit auf einen Artikel, der diesen Verbundsteg enthält: (a) Länge des gewünschten Holzwerkstoffteils; (b) Breite des verwendeten Endblocks 22 (falls vorhanden); (c) Freiwinkel der abgewinkelten Zone 34 (der seinerseits von verwendetem Rohmaterial und Ziehtiefe abhängt); (d) Dicke des Verbundstegs 21 einschließlich Dicke an den Radien und diversen Zonen; (e) Dichte des Verbundstegs 21; und (f) Schnittfläche zwischen Verbundsteg 21 und Flansch 23. Diese Faktoren können so gewählt werden, dass eine gewünschte Biegesteifigkeit erreicht wird.

Wie in 1 dargestellt, werden ein oder mehrere verfestigte Verbundstegfelder 21 mit zwei Flanschen 23 und optional zwei Endblockbalken 32 zur gezeigten Holzwerkstoffbaugruppe 20 verleimt. Allgemein können die Flanschfelder 23 eines Holzwerkstoffprodukts der Erfindung aus jedem beliebigen Material bestehen. Flanschmaterialien sind beispielsweise: Furnierholz, Massivholz, Sperrholz, Schichtpressplatten, OSB-Platten, Spanplatten, Faserplatten, Wellpappe, Kraftpapier, Kunststoff, Fiberglas und Metalle. Das Flanschmaterial kann optional die wie oben im Zusammenhang mit dem Verbundsteg 21 erläuterten leistungssteigernden Additive enthalten.

Der Flansch 23 trägt auch zur Biegesteifigkeit eines Holzwerkstoffprodukts bei. Folglich wird der Flansch vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das in Verbindung mit dem Verbundsteg die gewünschte Biegesteifigkeit für eine bestimmte Anwendung aufweist. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung bestehen die Flanschen aus OSB-Platten, die aus demselben Rohmaterial wie der Verbundsteg 21 nach den oben beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind. In einer solchen Ausführung sind die Späne des Flansches 23 vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zu den Kanälen 24 des Verbundstegs 21 ausgerichtet, und die Dicke des Flansches 23 liegt vorzugsweise zwischen ca. 1/8 in und ca. 1 in (ca. 3,2 mm und ca. 25,4 mm). Die gegenüberliegenden Flanschen weisen vorzugsweise die gleiche Dicke auf, jedoch können in gewissen Anwendungen zwei völlig unterschiedliche Flanschen (sowohl im Hinblick auf Dicke und Material) in den Artikeln der Erfindung verwendet werden. Der Flansch 23 des Holzwerkstoffartikels ist vorzugsweise planar mit einer einheitlichen Querschnittsgröße (oder Dicke). Es ergibt sich jedoch, dass auch andere Flanschkonfigurationen mit der Erfindung von Nutzen sind. Z. B. ist in einer alternativen Ausführung der Erfindung der Flansch 23 selbst ein Verbundsteg mit einer oder mehreren der oben erläuterten Eigenschaften. Vorzugsweise weist ein solcher Verbundsteg eine relativ geringe Ziehtiefe auf [z. B. zwischen ca. 1/16 in und ca. S in (ca. 1,6 mm und ca. 12,7 mm)] und die Häufigkeit, mit der sich der Verbundstegabschnitt 36 wiederholt, und die Längen der äußeren Zonen 33 reichen aus, dass eine oder mehrere äußere Zonen 33 des Flanschfeldes 23 mit einer oder mehreren äußeren Zonen 33 der Verbundstegfelder 21 in Berührung kommen. Vorzugsweise weisen die Flanschfelder 23 eine Dimension auf, nachstehend mit Länge bezeichnet, welche ungefähr der Länge des gewünschten Holzwerkstoffartikels entspricht. Mit Bezug auf die Darstellung einer Holzwerkstoffbaugruppe 20 in 1 wird die Länge der Flanschfelder 23 entlang der Linien 25 gemessen. Die Größe der Flanschfelder 23 in der flachen senkrechten Richtung (Breite) kann jeden praktikablen Wert annehmen und entspricht vorzugsweise der Breite des Verbundstegfeldes 21 in der Holzwerkstoffbaugruppe 20.

Allgemein kann ein optionaler Endblock 22 des Holzwerkstoffartikels der Erfindung aus jedem beliebigen Material oder jeder beliebigen Materialkombination, darunter Furnierholz, Massivholz, Sperrholz, Schichtpressplatten, OSB-Platten, Spanplatten, Faserplatten, Wellpappe, Kraftpapier, Kunststoff, Fiberglas und Metallen bestehen. Vorzugsweise wird der Endblock 22 aus einem nagelbaren Material hergestellt. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besteht ein Endblock 22 aus einer Spanplatte. In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird ein Endblock 22 aus dem Ausschuss bei der Flanschherstellung hergestellt. Vorzugsweise bestehen gegenüberliegende Endblöcke aus den gleichen Materialien, aber gemäß der Erfindung können zwei verschiedene Materialien als Endblöcke im selben Artikel verwendet werden.

Ein optionaler Endblockbalken weist vorzugsweise eine in etwa der Breite des Flanschfeldes 23 (das ungefähr so breit ist wie das Verbundstegfeld 21) entsprechende Länge auf.

Ein optionaler Endblock 22 ist vorzugsweise so breit, dass er eine vorgegebene Lücke zwischen den Außenrändern 223a und 223b der Flanschfelder 23a und 23b und dem Ende eines Verbundstegfeldes 21 (nicht gezeigt) an jedem Ende der Holzwerkstoffbaugruppe 20 ausfüllt. Vorzugsweise weist der Endblock 22 ein ausreichendes Volumen an massivem Material auf, um ein mechanisches Befestigungsmittel aufzunehmen, wenn der Holzwerkstoffartikel damit montiert wird. Ein optionaler Endblockbalken 22 ist vorzugsweise so groß, dass er eine Lücke zwischen den Innenseiten 123a und 123b der gegenüberliegenden Flansche 23a und 23b in der Holzwerkstoffbaugruppe 20 ausfüllt. In einem in 1 dargestellten Holzwerkstoffartikel, worin ein Verbundsteg 21 in senkrechter Richtung zu den Kanälen 24 entlang den Linien 25 kürzer ist als die Flansche 23 entlang der Linien 25, entspricht die Dicke des Endblockbalkens 22 vorzugsweise der Profiltiefe des Verbundstegfeldes 21. In einer anderen Ausführung entspricht die Länge eines Verbundstegfeldes 21 in Richtung der Linien 25 ungefähr der Länge der Flanschfelder 23 (worin sich eine Zone 33 des Verbundstegfeldes 21 zu den Außenrändern 223a und 223b der Flansche 23 erstreckt). In einer solchen Ausführung hat der bevorzugte Endblock 22 eine Dicke, die etwa der Profilstärke des Verbundstegs 21 abzüglich der Dicke der Randaußenzone 33 entspricht. Anders gesagt, in einer solchen Ausführung ist der Endblock nicht dicker als die Lücke zwischen der inneren Oberfläche der äußeren Zone 33 des Verbundstegs 21 und der inneren Oberfläche (z. B. 123a) des gegenüberliegenden Flansches 23.

Zur Montage einer bevorzugten Holzwerkstoff-Zwischenbaugruppe 20 wird Bindemittel auf die Schnittstellen zwischen den Komponenten aufgetragen und die Komponenten werden ausgerichtet. Z. B. kann Bindemittel auf die äußeren Oberflächen 133a und 133b (5) von äußeren Zonen 33 einer oder mehrerer Verbundstegfelder 21 aufgebracht werden. Bei der Verwendung zweier oder mehrerer Verbundstegfelder werden vorzugsweise die äußeren Zonen 33 so ausgerichtet, dass die Kanäle wie in 10 gezeigt parallel laufen und die Außenoberflächen der äußeren Zonen 33 übereinstimmen. Das/die Verbundstegfelder) 21 können zu einem Verbundstegkern gestapelt werden, welcher an einem Flanschfeld 23 ausgerichtet und mit ihm verleimt werden kann. Optionale Endblöcke 22 können mit den Flanschfeldern 23 und dem/den Verbundstegfeld(ern) 21 an den Enden des/der Verbundstegfeldes(er) parallel zu den Kanälen 24 verleimt werden. Ein zweites Flanschfeld kann am Verbundstegfeld ausgerichtet und mit diesem sowie optionalen Endblockbalken 22 verleimt werden.

Nach Auftrag des Bindemittels und Ausrichtung der Komponenten wird die gesamte Holzwerkstoffbaugruppe 20 in eine Presse, vorzugsweise eine kontinuierliche Bandpresse oder eine Mehretagenpresse, eingelegt und ausreichend erhöhtem Druck und/oder erhöhter Temperatur ausgesetzt, damit das Bindemittel abbindet und/oder trocknet.

Zur Herstellung des Holzwerkstoffartikels wird die Holzwerkstoffbaugruppe 20 einer Mehrblatt-Kreissäge zugeführt. Die Säge trennt die Holzwerkstoffbaugruppe 20 senkrecht zu den Kanälen 24 entlang der Linien 25. Der Abstand zwischen den Sägeblättern entspricht etwa der Breite der gewünschten Holzwerkstoffartikel, z. B. ca. 1S in (ca. 3,81 cm), der Breite eines nominellen 2×4-Bauholzes. Mit diesem Verfahren können mehrere Mehrschicht-Holzwerkstoffausführungen der Erfindung aus einer einzigen Holzwerkstoffbaugruppe 20 hergestellt werden.

Eine Stützstrebe 37, wie sie beispielhaft in 8 abgebildet ist, kann aus derselben Holzwerkstoff-Zwischenbaugruppe 20 hergestellt werden, wie sie für den Holzwerkstoffartikel verwendet wird, indem einfach ein dickerer Abschnitt, z. B. ca. 1 ft (ca. 30,5 cm) von der Holzwerkstoffbaugruppe 20 vorzugsweise senkrecht zu den Kanälen 24 abtrennt wird,. Auf diese Weise lässt sich eine Stützstrebe 37 mit einer Breite von 1 ft (ca. 30,5 cm) mit den gleichen Holzwerkstoffeigenschaften herstellen. Dies ist ein Vorteil gegenüber bekannten Verfahren, in denen z. B. acht herkömmliche 2×4-Bauhölzer zur Herstellung einer Stützstrebe in gleicher Größe verleimt oder anderweitig aneinander befestigt werden.

Zusätzliche Leistungsmerkmale wie Farbgebung und Beständigkeit gegen Feuer, Insekten und Wasser können ebenfalls durch Beigabe leistungssteigernder Additive oder durch Auftragen geeigneter Spezialbeschichtungen auf die Oberfläche der Holzwerkstoffartikel der Erfindung erreicht werden.

Holzwerkstoffausführungen der Erfindung können so konstruiert werden, dass sie die gleichen Außenmaße wie herkömmliche Holzbauelemente sowie ein Elastizitätsmodul und Trägheitsmoment aufweisen, welche zur Erfüllung der Anforderungen in typischen Anwendungen ausreichen. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar auf die Herstellung von Holzkomponenten mit alternativen Querschnitten und in Längen, die nur durch die Größe der für die Produktion der einzelnen Komponenten der Holzwerkstoffbaugruppe 20 verwendeten Maschinen begrenzt sind.

Außerdem kann die Erfindung auch Holzwerkstoffartikel bereitstellen, welche Leistungsmerkmale aufweisen, die sich von denen herkömmlicher Bauhölzer unterscheiden. Z. B. wird herkömmliches (nominell) 2×6-Bauholz häufig im Hochbau zur Schaffung eines 5S in (ca. 14 cm) tiefen Zwischenraums für die R-19-Isolierung zwischen Holzverkleidungen verwendet, das üblicherweise jedoch viel dicker als von der Bauordnung gefordert ist und damit die Kosten eines Bauprojekts erhöht. Ein nominell 2×6-großes Mehrschicht-Holzwerkstoffbauelement der Erfindung kann die gleichen Querschnittsabmessungen wie ein herkömmliches 2×6-Bauholz aufweisen, aber den spezifischen Dickeforderungen (z. B. dicker oder dünner im Vergleich zu herkömmlichen Bauholz) angepasst werden. Folglich liegt ein Vorteil der Erfindung in der Fähigkeit, ein Bauteil bereitzustellen, das die Auflagen der Bauordnung erfüllt oder übertrifft, aber u. a. weniger Ausgangsmaterial benötigt, weniger wiegt und preisgünstiger hergestellt werden kann als ein herkömmliches 2×6-Bauholz.

Ein Beispiel für ein als Ersatz für herkömmliche (nominell) 2''×4''×8'-Bauhölzer geeignetes bevorzugtes Holzwerkstoffprodukt der Erfindung (in isometrischer Ansicht in 9 dargestellt) enthält einen Verbundsteg 21 und zwei zwischen zwei Flanschen 23 eingefügte und verleimte Endblöcke 22. Ein bevorzugter 2×4-Holzwerkstoffartikel 38 der Erfindung weist konstruktionsgemäß die gleichen Querschnittsmaße auf wie herkömmliches 2×4-Bauholz, nämlich 1S in × 3S in (ca. 38,1 mm × ca. 88,9 mm), eine Länge von ca. 8 ft (ca. 244 cm) und ein Elastizitätsmodul, mit dem das Produkt den Housing and Urban Development (HUD) Bau- und Sicherheitsnormen für Hauskonstruktionen in Windzone 1 entsprechen kann. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar für die Herstellung von anderen Mehrschicht-Holzwerkstoffelementen als Ersatz für herkömmliche Bauhölzer, z. B. für tatsächliche und nominelle 1×3-, 1×4-, 2×3-, 2×6-, 2×8-, 2×10-, 2×12-, 4×4-, 4×6- und 6×6-Bauhölzer, und in Längen, die nur durch die Größe der für die Produktion der einzelnen Komponenten der Holzwerkstoffbaugruppe 20 verwendeten Maschinen begrenzt sind. Z. B. zeigt 10 perspektivisch einen 2×6-Mehrschicht-Holzwerkstoffartikel 39, der als Ersatz für ein Bauholz von nominell 2×6 dienen kann. Diese Ausführung der Erfindung enthält zwei an ihren äußeren Zonen 33 verleimte Verbundstegfelder 21.

Die Herstellung eines bevorzugten 2×4-Artikels 38 der Erfindung wird nun beschrieben. Ein bevorzugter Verbundsteg 21 kann aus Spänen mit einer Länge zwischen ca. 4S in und 5S in (ca. 11,4 cm und ca. 14 cm), einer Breite zwischen ca. x in und 1 in (ca. 19 mm bis ca. 25,4 mm) und einer Dicke zwischen ca. 0,02 in und 0,025 in (ca. 0,51 mm und ca. 0,64 mm) hergestellt werden. Die in einem bevorzugten Verbundsteg 21 verwendeten Späne weisen vor dem Pressen einen Feuchtegehalt zwischen ca. 2% und ca. 9%, vorzugsweise zwischen ca. 4% und ca. 6%, z. B. 5%, bezüglich des Gewichts der Späne auf.

Das Vlies wird wie vorstehend beschrieben durch die Vermischung von Spänen, Harzbindemittel und Wachs hergestellt. Ein bevorzugtes Harzbindemittel für den Verbundsteg 21 ist Resorcin-Harz, das vorzugsweise mit 4S Gew.% bezüglich des Gewichts der Späne beigegeben wird. Wachs wird mit S Gew.% bis 2 Gew.%, z. B. 1S Gew.%, bezüglich des Gewichts der Späne dem Rohmaterial zugemischt.

In einer bevorzugten 2×4-Ausführung wird das Vlies für den späteren Verbundsteg 21 aus drei Rohmaterialschichten aus Spänen gemäß dem oben beschriebenen kontinuierlichen Prozess erzeugt. Die Späne der ersten (unteren) und dritten (oberen) Schicht sind in Richtung der Maschine (d. h. senkrecht zu den Kanälen 24) ausgerichtet und machen, ungefähr gleichmäßig auf beide Schichten aufgeteilt, etwa 90% des Gesamtgewichts des Vlieses aus. Die Späne der zweiten, oder mittleren, Schicht sind senkrecht zur Richtung der Maschine (d. h. parallel zu den Kanälen 24) ausgerichtet und machen den Rest von etwa 10% des Gesamtgewichts des Vlieses aus. Die 2×4-Holzwerkstoffartikel der Erfindung werden vorzugsweise in den üblicherweise in der Bauindustrie verwendeten Längen von ca. 81,75 in (ca. 2,08 m), ca. 87,75 in (ca. 2,23 m) oder ca. 96 in (ca. 2,44 m) hergestellt. Eine Art eines bevorzugten Verbundstegs 21 zur Verwendung in den oben genannten Artikeln weist Längen von ca. ca. 81,75 in (ca. 2,08 m), ca. 87,75 in (ca. 2,23 m) bzw. ca. 96 in (ca. 2,44 m) auf. In einer alternativen Verbundstegausführung sind die bevorzugten Längen ca. 78,75 in (ca. 2 m), ca. 84,75 in (ca. 2,15 m) bzw. ca. 93 in (ca. 2,36 m), um an jedem Ende einen ungefähr 1,5 in (ca. 3,8 cm) breiten Raum für einen Endblock freizulassen.

Das Verbundstegfeld (und demnach das für die Herstellung des Verbundstegs verwendeten Vlies) ist vorzugsweise möglichst breit, um die Effizienz der Produktion von mehreren Holzwerkstoffelementen aus einer einzigen Holzwerkstoffbaugruppe 20 zu maximieren. Z. B. ist das Verbundstegfeld in einer Heißpresse von 4 ft × 8 ft (ca. 1,22 m × 2,44 m) zur Herstellung von 8 ft (ca. 2,44 m) langen 2×4-Holzwerkstoffelementen vorzugsweise ca. 4 ft (ca. 1,22 m) breit. Im besten Fall wird eine Heißpresse von 8 ft × 24 ft (ca. 2,44 m × 7,32 m) zur Herstellung von 8 ft (ca. 2,44 m) langen 2×4-Holzwerkstoffelementen verwendet, wobei das Verbundstegfeld vorzugsweise ca. 24 ft (ca. 7,32 m) breit ist.

Die Temperatur der Pressenplatten liegt während der Vliesverfestigung mittels Phenol-Harz vorzugsweise bei ca. 450°F (ca. 232°C). Die Pressdauer hängt von der Dicke des Endprodukts und den anderen oben aufgeführten Faktoren ab, liegt aber vorzugsweise zwischen ca. 2,5 und 3 Minuten für einen bevorzugten Verbundsteg für 2×4-Anwendungen.

Das Verbundstegfeld 21 gemäß der Erfindung weist vorzugsweise eine Wichte zwischen ca. 0,6 und ca. 0,9 an jeder Stelle des Feldes auf, vorzugsweise ca. 0,75. Die Gesamtwichte des Feldes liegt vorzugsweise zwischen ca. 0,6 und ca. 0,9, z. B. 0,75, wodurch es zu einem hochdichten Werkstoffelement wird. Der variierende Pressenplattenabstand ermöglicht vorzugsweise die Herstellung eines Verbundstegfeldes 21 mit mindestens im wesentlichen einheitlicher Dichte im gesamten Profil. Vorzugsweise beträgt die Dichte des Verbundstegfeldes 21 an einer äußeren Zone 33 mindestens 75% der Dichte des Verbundstegfeldes 21 an einer abgewinkelten Zone 34, besser noch mindestens 90%, z. B. 95%. In gleicher Weise beträgt die Dichte des Verbundstegfeldes 21 an einer aufwärts angeordneten äußeren Zone (z. B. 33a) vorzugsweise mindestens 75% der Dichte des Verbundstegfeldes 21 an einer abwärts angeordneten äußeren Zone (z. B. 33d), besser noch 80% und im besten Fall mindestens ca. 90%, z. B. 95%.

Der Verbundsteg 21 des Artikels 38 ist vorzugsweise zwischen ca. R in und ca. S in (ca. 6,35 mm und 12,7 mm) dick. Die abgewinkelten Zonen 34 sind dicker als die der aufwärts angeordneten äußeren Zonen 33a, 33b und 33c. Die abwärts angeordneten äußeren Zonen 33d, 33e und 33f sind vorzugsweise ebenso dick wie die abgewinkelten Zonen 34. In dem in 9 abgebildeten Artikel 38 sind die abwärts angeordneten äußeren Zonen 33d, 33e und 33f und die abgewinkelten Zonen ca. 0,375 in (ca. 9,52 mm) und die aufwärts angeordneten äußeren Zonen 33a, 33b und 33c vorzugsweise 0,340 in (ca. 8,64 mm) dick.

Die äußeren Zonen 33 des Verbundstegs 21 weisen vorzugsweise eine Länge von ca. 6 in (ca. 15,24 cm) oder weniger auf, oder ca. 2 in (ca. 5,08 cm) oder weniger, z. B. ca. 1,1688 in (ca. 2,97 cm). Die äußere Zone 33 des Verbundstegs 21 kann in besonderen Anwendungen länger als 2 in sein. Der Freiwinkel des Verbundstegs 21 des Artikels 38 beträgt vorzugsweise 45 Grad.

Die Flanschen 23a und 23b des Artikels 38 bestehen vorzugsweise aus OSB, das aus dem gleichen Rohmaterial wie der Verbundsteg 21 hergestellt ist und dessen Späne im wesentlichen senkrecht zu den Kanälen 24 des Verbundstegs 21 (d. h. in Längsrichtung des Artikels 38) ausgerichtet sind. Die Dicke des Flansches 23 liegt in einer bevorzugten 2×4-Flanschausführung vorzugsweise zwischen ca. 1/8 in und 1 in (ca. 3,18 mm und ca. 25,4 mm) und besser noch zwischen ca. S in und ca. 1 in (ca. 1,27 cm und ca. 2,54 cm), z. B. 0,75 in (ca. 1,9 cm).

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird ein Endblock 22 aus dem Ausschuss aus der Herstellung des Flansches 23 konstruiert. Die Breite des Endblocks 22 (in 1 parallel zu den Linien 25 gemessen) liegt vorzugsweise zwischen ca. 1 in (ca. 2,54 cm) und 3 in (ca. 7,62 cm), z. B. 1S in (ca. 3,8 cm), welche durch Verleimen zweier Abschnitte des Flanschmaterials 23 (wie in 7–10 gezeigt) erreicht wird, wobei das Flanschmaterial 23 ca. x in (ca. 1,9 cm) dick ist. Die Dicke des Endblocks 22 liegt etwa entsprechend der Profiltiefe des Verbundstegs 21 vorzugsweise bei ca. 2 in (ca. 5,08 cm).

Verbundstegfeld 21, Flanschfelder 23 und Endblock 22 werden dann nach dem oben beschriebenen Verfahren zu einer in 1 dargestellten Holzwerkstoffbaugruppe 20 montiert und verleimt. In einem gemäß der vorstehenden Erläuterung hergestellten bevorzugten 2×4-Artikel der Erfindung weist das Bindemittel eine Mindestscherfestigkeit von 400 lb/in² (ca. 28,1 kg/cm²) auf.

Die Holzwerkstoffbaugruppe 20 wird dann in eine Mehrblatt-Kreissäge eingelegt. Die Säge trennt die Holzwerkstoffbaugruppe 20 wie oben beschrieben senkrecht zu den Kanälen 24 des Verbundstegs 21 entlang der in Figur gezeigten Linien 25.

Die 2×4-Holzwerkstoffartikel des Beispiels erfüllen konstruktionsbedingt die Bauspezifikationen für Anwendungen, in denen herkömmliche 2×4-Bauhölzer als Stützstreben verwendet werden. In einer bevorzugten 2×4-Ausführung weist der Flansch 23 ein Elastizitätsmodul von mindestens ca. 900,000 lb/in² auf. Z. B. wird ein Holzwerkstoffelement von nominell 2×4 in einem von Fleetwood Enterprises, Inc., Riverside, Kalifornien, und in HUD-Normen beschriebenen Prüfverfahren am oberen und unteren Ende (in Kontakt mit der 1S in (3,8 cm) dicken Seitenwand) gestützt und auf ganzer Länge einer gleichmäßig verteilten Last ausgesetzt. Zum Bestehen eines "Betriebslast"-Tests darf ein 2×4-Holzwerkstoffelement unter Einwirkung der 2S-fachen "Betriebslast" nicht sofort brechen. Zum Bestehen des Biegetests darf sich ein 2×4-Holzwerkstoffelement an seinem Mittelpunkt um nicht mehr als einen maximalen Wert durchbiegen. Die Betriebslast (Einheit: lb) entspricht der Windlast, welche ca. 15 lb/ft² (ca. 73 kg/m²) mal der Länge des Holzbauelements mal dem Abstand der Stützstreben in einer Wand beträgt. Die zulässige Durchbiegung wird durch die Länge des 2×4-Holzwerkstoffelements dividiert durch 180 bestimmt. Z. B. beträgt die Nutzlast bei 2×4-Bauhölzern mit einer Länge von 81,75 in (ca. 2,08 m) und einem Zwischenabstand von 16 in (ca. 40,64 cm) 136 lb (ca. 61,7 kg) und die zulässige Durchbiegung ca. 0,45 in (ca. 11,43 mm); die Nutzlast bei 2×4-Bauhölzern mit einer Länge von 87,75 in (ca. 2,23 m) und einem Zwischenabstand von 16 in (ca. 40,64 cm) beträgt 146 lb (ca. 66,3 kg) und die zulässige Durchbiegung ca. 0,49 in (ca. 12,45 mm); und die Nutzlast bei 2×4-Bauhölzern mit einer Länge von 96 in (ca. 2,44 m) und einem Zwischenabstand von 16 in (ca. 40,64 cm) beträgt 160 lb (ca. 72,6 kg) und die zulässige Durchbiegung ca. 0,53 in (ca. 13,46 mm).

Die gemäß der Erfindung hergestellten Bauelemente weisen viele verbesserte Merkmale auf. Zunächst garantiert die Erfindung die anfängliche wie langfristige Maßhaltigkeit der Bauelemente. Die Bauelemente der Erfindung erfordern auch weniger Materialaufwand als herkömmliche Bauhölzer und Holzverkleidungen. Die Bauelemente der Erfindung wiegen weniger als herkömmliche Bauhölzer und Holzverkleidungen. Da die Bauelemente der Erfindung weniger als herkömmliche Bauhölzer und Holzverkleidungen wiegen, können sie in größeren Mengen angeliefert werden. Außerdem erfordert die Montage der Elemente beim Bau eines Gebäudes weniger Arbeitsaufwand, da die Bauelemente maßhaltig sind und in größeren Mengen angeliefert werden können. Darüber hinaus kann die Erfindung ein Produkt mit erhöhter Oberflächenreibung bereitstellen, welche die Nutzung vereinfacht.

Größere Abstände lassen sich mit weniger Stützstreben überbrücken, weil die Bauelemente der Erfindung mit höherer Festigkeit als ihre herkömmlichen Bauholzentsprechungen hergestellt werden können. Die Holzwerkstoffausführungen der Erfindung können integrierte Schächte zur Aufnahme von Verkabelungen und Rohrleitungen aufweisen, wodurch der Arbeitsaufwand für das Durchbohren herkömmlicher Bauhölzer entfällt. Außerdem weisen die Mehrschicht-Holzwerkstoffbauelemente der Erfindung integrierte Hohlräume zwecks effizienterer Wärme- und Schalldämmung auf. Die Erfindung ermöglicht auch die Konstruktion von Bauelementen mit inhärenten Eigenschaften wie Farbgebung nach Kundenwünschen sowie Beständigkeit gegen Feuer, Insekten, Wasser, UV-Strahlung und Bakterien. Außerdem sind die Bauelemente umweltfreundlich, da sie einen schonenderen Umgang mit Bauholz sowie dessen Verwendung in minderer Qualität ermöglichen sowie leicht zerkleinert und entsorgt oder wiederverwendet werden können. Schließlich ermöglicht die Erfindung einen hocheffizienten Herstellungsablauf, da gleichzeitig viele Holzwerkstoffelemente fließbandmäßig hergestellt werden können und viele gleiche Verfahrensschritte auf die Herstellung unterschiedlicher Bauelemente wie Holzwerkstoffelemente und Stützstreben anwendbar sind.

Vorstehende detaillierte Beschreibung dient nur dem besseren Verständnis und es ergeben sich aus ihr keine unnötigen Einschränkungen, da Modifizierungen im Rahmen der Erfindung für Fachleute ersichtlich sind.