Verfahren zur Behandlung von Holz für Holzprofile

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Holzprofilen für den Fenster- und Türenbau sowie für andere Anwendungen, bei denen formstabile Profile aus dauerhaftem Holz zu fertigen sind, sowie eine Verwendung von Holzprofilen.

[0002] Nachfolgend wird auf Profile für den Fensterbau Bezug genommen. Ähnliche Profile können aber auch für andere Anwendungen wie zum Beispiel den Bau von Türen im Außenbereich eingesetzt werden.

[0003] Fensterprofile für Holzfenster werden derzeit nahezu ausschließlich aus Tropenhölzern hergestellt. Das derzeit gängigste Material ist Meranti. Dieses Holz soll aus ökologischen Gründen zukünftig in geringerem Umfang verwendet werden, denn zum einen sind die Bestände an Tropenholz durch nicht nachhaltige Bewirtschaftung gefährdet. Zum anderen ist auch der Transport vom Ort des Wachstums zum Verwendungsort ökologisch bedenklich. Es sind deshalb bereits einige Verfahren bekannt geworden, mit denen einheimisches Holz haltbar, d. h. witterungsbeständig, gemacht werden soll.

[0004] Chemische Verfahren zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit sind mit Erfolg angewendet worden. Diese führen aber dazu, dass bei der angestrebten Dauerhaftigkeit die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflusst werden. Insbesondere ist es für den Profilholzbereich im Fensterbau nachteilig, dass die derart behandelten Hölzer bruchempfindlich werden.

[0005] Imprägnierte Hölzer haben den Nachteil, dass sie aufgrund der zugefügten Stoffe am Ende der Nutzungsdauer als schadstoffbelasteter Abfall zu behandeln sind. Auch bestehen deshalb im Wohnbereich Bedenken, dass gesundheitsschädliche Stoffe austreten können. Die Akzeptanz derart haltbar gemachter Hölzer ist deshalb für solche Anwendungen gering.

[0006] Aus ökologischer Sicht besonders vorteilhaft sind deshalb die thermischen Verfahren. Hier ist in erster Linie das Verfahren nach der französischen Patentschrift FR784.378 zu erwähnen. Eine der Ausführungsformen in dieser Patentschrift beschreibt die Behandlung von Holz in einem Ofen bei Atmosphärendruck. Die Temperatur wird langsam auf bis zu 220°C gesteigert. Dabei wird die Brand- und Explosionsgefahr gemindert, in dem durch Dampfeinleitung eine inerte Atmosphäre in dem Ofen geschaffen wird. Die Dauer der Wärmebehandlung wird je nach den gegebenen Anforderungen gewählt. Sie hängt im Stand der Technik insbesondere von der Holzart und von dem Wassergehalt des Holzes ab. Genauere Angaben werden nicht gemacht. Ziel des Verfahrens ist die Erhöhung der Haltbarkeit und die künstliche Alterung des Holzes.

[0007] Die europäische Patentschrift EP0695408B1 offenbart ein Verfahren zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von Holz gegen Schimmel und Fäulnis. Bei diesem Verfahren wird das Holz zunächst auf einen Feuchtigkeitsgehalt von unter 15% getrocknet. Dann wird die Temperatur schnell auf über 150°C erhöht und die Behandlung bei dieser Temperatur solange fortgesetzt, bis ein Gewichtsverlust von mindestens 5% stattgefunden hat. Die Behandlung findet bei Atmosphärendruck in einem Feuchtofen statt, der mit Wasserdampf gespeist wird. Bei diesem Verfahren sind aufwendige Messungen erforderlich, um die angegebenen Feuchtegrade und den Gewichtsverlust zu kontrollieren. Außerdem ist die Speisung des Feuchtofens mit Wasserdampf mit einem hohen Energieverbrauch verbunden. Die Eignung des so behandelten Holzes für die Herstellung von Profilhölzern, insbesondere im Fensterbau, ist nicht dargelegt.

[0008] Es sind zahlreiche andere Verfahren zur Haltbarmachung von einheimischen Hölzern bekannt, bei denen die Behandlung unter erhöhtem Druck stattfindet. Dies ist wegen des apparativen Aufwandes unerwünscht.

[0009] Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Behandlung von einheimischen Hölzern bereitzustellen, das die Dauerhaftigkeit verbessert, insbesondere im Hinblick auf die Eignung für den Fensterbau, und das die mechanischen Eigenschaften des Holzes nicht oder nur soweit verändert, dass sie für den Fensterbau geeignet bleiben.

[0010] Diese Aufgabe wird von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und schließlich durch ein Fenster mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.

[0011] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Verwendungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0012] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Verfahrensbeschreibung dargelegt.

[0013] Als Ausgangsmaterial für die Herstellung des witterungsbeständigen Profilholzes wird ein einheimisches europäisches Laubholz gewählt, wobei derzeit Esche und insbesondere Buche bevorzugt werden. Zunächst wird ein Verfahren beschrieben, mit dem Buchenholz vorbehandelt werden kann. Mit diesem Verfahren wird derzeit das beste Ergebnis erzielt. Dazu wird das Buchenholz mit folgenden Verfahrensschritten behandelt:

Frisch geschnittenes Buchenholz wird innerhalb von 0 bis etwa. 48 Stunden nach dem Einschnitt als Schnittholz ohne Latten oder mit Stapelleisten in eine Dämpfkammer gefahren. Nach dem Verschließen der Dämpfkammer wird die Temperatur des zu dämpfenden Schnittholzes möglichst rasch (innerhalb von etwa 6

• 12 Stunden) auf 80 °C bis 95°C angehoben. Aufheizmedium ist Nassdampf mit einer Dampftemperatur von ca. 115 - 125°C mit dem entsprechenden Druck von 0,4 bis 0,6 bar.

Dabei verliert das Schnittholz die ursprüngliche Festigkeitsstruktur und geht einen plastisch verformbaren Zustand über. Dabei entspannt sich das Holz und ist nach dieser Vorbehandlung wesentlich spannungsärmer.

Dieser Effekt kommt der nachfolgenden thermischen Behandlungsmethode zu gute.

Die so gedämpfte Buche kann nach geeigneter Trocknung als Brett- oder Bohlenware in den Längen von 1 Meter bis etwa 6 Meter in einen Wärmebehandlungsofen gegeben werden. Sind die Anforderungen an die Formbeständigkeit geringer, so kann Holz nach einer Lagerungszeit auch ohne diese Vorbehandlung als Ausgangsstoff in das folgende Verfahren gegeben werden. Dies gilt für Buche und insbesondere für Eschenholz.

In dem Wärmebehandlungsofen laufen nun bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel folgende Verfahrensschritte ab:

1. Aufheizen des Ofenraums mit einem Temperaturanstieg von etwa 10°C pro Stunde bis zu einer Temperatur von 70°C; danach mit einer Geschwindigkeit von 4°C pro Stunde bis zu einer Temperatur von 120°C;

2. Absaugen des beim Erhitzen entstehenden Kohlenwasserstoffgases, welches gegebenenfalls nach Trocknung in dem für die Aufheizung des Ofenraums verwendeten Festbrennstoffofen mit verbrannt werden kann;

3. ab Erreichen einer Kammertemperatur von über 130°C Einspritzen von Wasser zur Erzeugung einer inerten Kammeratmosphäre;

4. ab Erreichen einer Temperatur von 180°C bis 200°C, bei Buche vorzugsweise 190°C, Halten dieser Temperatur für einen Zeitraum von 3 bis 6 Stunden;

5. während des Zeitraums kontinuierliches oder intervallartiges Absaugen der entstehenden Kohlenwasserstoffgase und weiteres Einspritzen von Wasser zur Aufrechterhaltung der inerten Atmosphäre;

6. nach Ablauf des Zeitraums Abkühlen des Kammerraums auf eine Temperatur von 100°C, danach 10 Stunden Kondensationszyklus. Danach weiteres Abkühlen auf 30°C und anschließendes Entnehmen der Charge aus dem Kammerraum;

7. Besäumen, Hobeln und Verleimen des so behandelten Holzes zu Zweischicht- oder Dreischichtlamellen in den gewünschten Abmessungen, insbesondere etwa 8cm x 8cm für Fensterprofile.

[0014] Das Verfahren läuft im wesentlichen bei Atmosphärendruck oder infolge der Absaugung von Kohlenwasserstoffgasen bei geringem Unterdruck ab.

[0015] Die Weiterverarbeitung im Schritt 7 kann auch zu Leimholzplatten oder zu Balken oder Profilen in anderen Dimensionen erfolgen.

[0016] Die im Schritt 7 gewonnenen Lamellen können dann durch Fräsen zu den gewünschten Fensterprofilen oder anderen Profilen weiter bearbeitet werden. Daraus werden dann in bekannter Weise Fenster oder ähnliches gefertigt, die die erforderliche Dauerhaftigkeit gegenüber Witterungseinflüssen und Verrottung aufweisen. Die Dauerhaftigkeitsklasse nach der Klassifikation EN 350 Teil 1 wird von 5 - 6 auf 2 - 4 verbessert. Die Dauerhaftigkeit wurde nach einem üblichen Verfahren nachgewiesen, sowohl nach der Vorschrift EN 252 im Freilandversuch, die die Beständigkeit gegen die Mikroorganismen und Pilzbefall nachweist, als auch im Laborversuch nach EN 113.

[0017] Außerdem weisen die Fensterprofile die erforderlichen mechanischen Eigenschaften auf. Der für den Fensterbau zu erreichende Elastizitätsmodul wird mindestens erreicht. Somit ist das thermisch modifizierte Holz von seinen mechanischen Eigenschaften her vergleichbar mit z.B. Kiefer.

[0018] Das oben beschriebene Verfahren ermöglicht es also, Profile für den Fensterbau aus einheimischem Laubholz zu fertigen. Die Profile sind witterungsbeständig und in den mechanischen Eigenschaften für den Fensterbau geeignet. Es werden weder chemische Zusätze noch Druckbehandlungen eingesetzt. Das Verfahren an sich ist rein temperatur- und zeitgesteuert. Eine aufwendige Messung des Restfeuchtegehalts und des Gewichtsverlustes findet nicht statt. Weiter kann durch die vorgesehen Einspritzung von Wasser in den Kammerraum auf die Dampfeinspeisung nach dem Stand der Technik verzichtet werden, wodurch der apparative Aufwand geringer gehalten wird. Schließlich ist der Energieverbrauch durch die Absaugung und Verbrennung des entstehenden kohlenwasserstoffhaltigen Gases in der Bilanz gegenüber anderen thermischen Verfahren besonders gering.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von formbeständigen und witterungsbeständigen Holzprofilen mit folgenden Schritten:

a) Beschicken eines Wärmebehandlungsofens mit dem zu behandelnden Holz;

b) Aufheizen des Ofenraums;

c) Absaugen des beim Erhitzen entstehenden Kohlenwasserstoffgases,;

d) ab Erreichen einer Kammertemperatur von über 100°C, vorzugsweise über 130 °C Einspritzen von Wasser zur Erzeugung einer inerten Kammeratmosphäre;

e) ab Erreichen einer Temperatur von 180°C bis 200°C, bei Buche vorzugsweise 190°C, Halten dieser Temperatur für einen Zeitraum von 3 bis 6 Stunden;

f) während des Zeitraums kontinuierliches oder intervallartiges Absaugen der entstehenden Kohlenwasserstoffgase und weiteres Einspritzen von Wasser zur Aufrechterhaltung der inerten Atmosphäre;

g) nach Ablauf des Zeitraums Abkühlen des Kammerraums auf eine Temperatur von 100°C,

h) Danach weiteres Abkühlen auf etwa 30°C und anschließendes Entnehmen der Charge aus dem Kammerraum;

i) Besäumen, Hobeln und Verleimen des so behandelten Holzes zu Halbfertigprodukten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizen des Ofenraums im Schritt b) mit einem Temperaturanstieg von etwa 10°C pro Stunde bis zu einer Temperatur von 70°C erfolgt, danach mit einer Geschwindigkeit von 4°C pro Stunde bis zu einer Temperatur von 120°C.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenwasserstoffgas aus den Schritten c) und f) gegebenenfalls nach Trocknung in dem für die Aufheizung des Ofenraums verwendeten Festbrennstoffofen mit verbrannt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schritt g) und dem Schritt h) für 10 Stunden ein Kondensationszyklus erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt i) die Verleimung zu Zweischicht- oder Dreischichtlamellen in den gewünschten Abmessungen erfolgt, insbesondere etwa 8cm x 8cm für Fensterprofile.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt a) frisch geschnittenes Laubholz innerhalb von 0 bis etwa 48 Stunden nach dem Einschnitt als Schnittholz ohne Latten oder mit Stapelleisten in eine Dämpfkammer gefahren wird und dort die Temperatur des zu dämpfenden Schnittholzes möglichst rasch (innerhalb von etwa 6 - 12 Stunden) auf 80 °C bis 95°C angehoben.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizmedium Nassdampf mit einer Dampftemperatur von ca. 115 - 125°C mit einem Druck von 0,4 bis 0,6 bar ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Holz Buchenholz ist.

9. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellten Holzprofils für den Fensterbau.

10. Holzfenster für Gebäude mit Holzprofilen, die nach dem Verfahren eines der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist.