CH620854A5 - Method of converting round-timber sections into squared timber - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verarbeiten von Rundholzabschnitten, deren Umfang im Querschnitt von einer Geraden und einer Bogenstrecke gebildet ist, zu Kantholz.

Unter Kantholz versteht man gemäss deutscher Industrienorm (DIN 4071) vierseitig geschnittenes Holz mit rechteckiger Querschnittsgestalt, wobei die Seitenlängen in derselben Grössenordnung liegen (meist quadratisch; bis zu einem Sei-tenlängenverhältnis von etwa 1:3). Im allgemeinen gewinnt man aus einem im Querschnitt rund begrenzten Vollholz vier quadratische Kanthölzer.

Man unterscheidet verschiedene Klassen von Kantholz, die sich durch den zulässigen Anteil der ursprünglich bogenförmigen Begrenzung des zur Herstellung benutzten Ausgangsquerschnitts am Umfang des Kantholzes unterscheiden. Die Erfindung bezieht sich nur auf solche Kantholzklassen, bei denen ein gewisser Anteil der Kantholz-Querschnittsbegrenzung abweichend von der rechteckigen Form von der bogenförmigen Begrenzung des Ausgangsquerschnitts gebildet ist. Je grösser dieser Anteil ist, umso geringwertiger ist die Klasse.

Die Bildung eines Teils der Umfangsbegrenzung des Kant-holz-Querschnitts durch eine Bogenstrecke hat zwei Nachteile. Der erste besteht darin, dass die Festigkeit verringert wird, weil in den für die Biege- und Knickfestigkeit des Holzes besonders wichtigen Aussenbezirken des Rechteckquerschnitts ein Teil fehlt. Der andere Nachteil besteht darin, dass die Festigkeit und Dichtungsgenauigkeit einer Verbindung des Kantholzes mit anderen Bauteilen beeinträchtigt wird, wenn Randabschnitte der an der Verbindung beteiligten Oberflächen des Kantholzes durch teilweise Abrundung fehlen. Ein Beispiel dafür ist die Bildung von Stützen im Fertighausbau, die mit wandbildenden Platten verbunden werden sollen. Für derartige Anwendungsfälle muss man bislang in der Regel Kantholz der Klasse A (DIN 4074) verwenden, bei dem die Bedingung besteht, dass mindestens zwei Drittel jeder Querschnittsseite von der gerundeten Baumkante frei sein müssen.

Bei der Herstellung solchen Kantholzes aus Rundholzabschnitten fällt beim Schneiden der geraden Querschnittsseiten, das man auch als Besäumen bezeichnet, ein beträchtlicher Verlust an, der besonders gross ist bei Rundholz geringen Durchmessers, wie man es am dünnen Ende des Stamms findet.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Verarbeiten von Rundholzabschnitten zu Kantholz zu schaffen, das eine bessere Holzausnutzung gestattet, wobei ein Kantholz gemäss den genannten Vorschriften erzielt werden soll, das trotz eines gewissen Anteils der gebogenen Begrenzung des ursprünglichen Rundholzquerschnitts an der Bildung der Querschnittsform des Kantholzes eine gut verwertbare Oberflächenform und gute Festigkeitseigenschaften besitzt.

Die erfindungsgemässe Lösung besteht in den folgenden Verfahrensschritten:

a) die von einer Geraden und einer Bogenstrecke begrenzten Rundholzabschnitte werden im Bereich der Bogenstrecke seitlich symmetrisch unter entgegengesetzt gleichen Winkeln besäumt, in Lagen wechselnd mit entgegengesetzter Richtung zusammengesetzt und an den besäumten Flächen miteinander verleimt;

b) dabei wird die Umfangslänge der besäumten Flächen so beschränkt, dass sie kürzer ist, als es der Lagendicke entsprechen würde;

c) anschliessend werden die Lagen zu Kantholz geschnitten.

Es ist bekannt, hochwertige Holzbauelemente durch Verleimung von Einzelstücken zu bilden. Damit hat aber die Erfindung nichts zu tun, weil Kantholz der betrachteten Klassen zu den geringwertigen Anwendungszwecken gehört. Zu den bekannten Verfahren, wertvolle Holzelemente durch Verleimung herzustellen, gehört auch das Verfahren gemäss der britischen Patentschrift 11828/1904, die vorschlägt, gemäss Merkmal a) Baumstämme in Abschnitte mit Trapezquerschnitt zu zerteilen, diese Abschnitte miteinander zu verleimen und anschliessend in Querrichtung zu Brettern zu zerschneiden. Obwohl in diesem Verfahren verhältnismässig hochwertiges Schnittholz hergestellt wird, hat sich das Verfahren in der Praxis nicht einführen lassen, weil die dadurch erzielbaren Materialersparnisse den höheren Aufwand nicht rechtfertigen. Man konnte daher erst recht nicht damit rechnen, dass sich ein solcher Aufwand bei der Herstellung verhältnismässig geringwertigen Kantholzes lohnen würde.

Die Erfindung hat jedoch erkannt, dass gerade bei der Herstellung von Kantholz die gemäss den Merkmalen b) und

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c) geänderte Ausführung des bekannten Verfahrens zu sehr grossen Vorteilen führt, die im folgenden erläutert werden.

Die Erfindung verzichtet auf die vollflächige Besäumung und Verleimung benachbarter Abschnitte. Stattdessen verbindet man die benachbarten Abschnitte lediglich auf einem Teil ihres einander zugewendeten Umfangs. Dies hat selbstverständlich zur Folge, dass neben den besäumten und verleimten Bereichen Zwickelhohlräume verbleiben. Diese Zwickelhohlräume führen als erstem Vorteil zu einer besseren Holzausnutzung die an dem Diagramm Fig. 1 der beigefügten Zeichnung erläutert sei. Auf der Abzisse ist der Zentriwinkel der Besäu-mungsflächen eines Rundholzabschnitts aufgetragen, der im Querschnitt vom Durchmesser und einem Halbkreis begrenzt ist, der also bei hälftiger Teilung eines Rundholzes entsteht. Der Wert 60° entspricht dabei einer vollflächigen Besäumung des Rundholzes an den einander zugewendeten Seiten sowie am Scheitel. Darüber sind aufgetragen zwei Parameter F - s und V, die folgende Bedeutung haben.

Die Holzausnutzung ist umso besser, je geringer die beim Besäumen entfernte Querschnittsfläche ist. Ein Mass für die erfindungsgemäss erreichte Verbesserung ist somit die Differenz F zwischen der bei einem bestimmten Besäumungs-Zen-triwinkel entfernten Querschnittsfläche und der bei vollflächiger Besäumung (Zentriwinkel 60°) entfernten Querschnittsfläche. Jedoch würde die alleinige Betrachtung dieser Grösse dazu führen, dass ein Querschnitt umso besser ist, je kleiner der Zentriwinkel ist. Mit kleiner werdenden Zentriwinkeln sinkt aber auch die zur Verfügung stehende Verleimungsfläche s zwischen benachbarten Abschnitten. Eine zutreffende Grösse ist daher das Produkt F • s. Man erkennt, dass bei einer Verringerung des Zentriwinkels unter 60° diese Grösse zunächst steil ansteigt, um ein Maximum im Bereich von 40° zu erreichen und dann wieder abzufallen. Ihr steiler Anstieg lässt erkennen, dass schon eine geringfügige Verminderung des Zentriwinkels unter 60° eine bedeutende Verbesserung erbringt. Nahezu den halben Maximalwert der Bewertungsgrösse F • s erreicht man schon bei einer Verringerung des Zentriwinkels von 60° auf 55°. Die bei einer 60°-Besäumung in Kauf zu nehmenden Verschnitte werden bei diesem Winkel um mehr als 20% gesenkt, während die zur Verfügung stehende Verbindungsfläche nur um etwa 7% abgenommen hat. Dieser Zentriwinkel von 55° ist insofern von Bedeutung, als dabei die vorhandene Kantenrundung (auf beiden Seiten eines Zwickelhohlraums) etwa ein Achtel einer Seitenlänge des Kantholzes ist. Ein solches Kantholz lässt sich nach den bestehenden Vorschriften noch der Klasse A zuordnen. Der Anteil einer besäumten Fläche an der Gesamtlänge der runden Begrenzung des Abschnitts beträgt dabei etwa 31%. Die Wahl dieses Besäumungsmasses stellt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dar.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung findet man bei einem Zentriwinkel von etwa 47° entsprechend einem Anteil einer besäumten Fläche an der Gesamtlänge der runden Begrenzung von 28%. Die Gesamtlänge der runden Querschnittsbegrenzungen im Zwickelhohlraum beträgt dann etwa ein Drittel einer Kantenlänge des erzielten Kantholzes und erlaubt somit eine Zuordnung zur Klasse B. Der Bewertungsfaktor F - s beträgt dabei etwa 40%, liegt also schon nahe seinem Maximum. Der durch die Besäumung entstehende Materialverlust ist auf etwa die Hälfte des bei vollflächiger Besäumung zu erwartenden Materialverlust gesunken, während die zur Verfügung stehende Verleimungsfläche nur um etwa 20% gegenüber der vollflächigen Besäumung abgenommen hat.

Der Bewertungsfaktor F • s erreicht sein Maximum unter 40° Zentriwinkel. Im Rahmen der Erfindung ist es daher auch sehr vorteilhaft, wenn die Umfangslänge einer besäumten Fläche im Mittel geringer als 25 % der Gesamtlänge der ursprünglich runden Begrenzung des entsprechenden Rundholzabschnitts ist.

Den anderen zur Beurteilung der Holzausnutzung geeigneten Parameter erhält man, wenn man die nach dem Zusammensetzen der Abschnitte erhaltene verwertbare Querschnitts-grösse vergleicht mit der als Rundholzabschnitt eingesetzten Querschnittsgrösse. Nach bisheriger Kenntnis liegt das Verhältnis dieser beiden Querschnittsgrössen stets deutlich unter 100%, nämlich aufgrund des unvermeidlichen Verlusts. So liegt bei einer geometrisch idealen Auswertung eines Halbrundholzes mit vollflächiger Besäumung (Zentriwinkel 60°) dieses Verhältnis bei 82%; der Verlust ist also 18%. Vergleicht man damit die dank der Erfindung erreichten Werte, so stellt man überrascht fest, dass das Verhältnis über 100% steigen kann. Dies ist — ex post — einzusehen, wenn man sich vor Augen hält, dass die Grösse des Zwickelhohlraums die Grösse des durch Besäumung entstehenden Querschnittsverlusts übersteigen kann. In dem Diagramm ist zur Veranschaulichung dieser Verhältnisse die Grösse V aufgetragen, die das Verhältnis der erfindungsgemäss gegenüber vollflächiger Besäumung erreichten Ausnutzungsgewinns in das Verhältnis setzt zu dem bei vollflächiger Besäumung erlittenen Verlust. Wieder zeigt sich, dass schon eine Senkung des Zentriwinkels von 60° auf 55° eine Verringerung des Verlusts um 20% erbringt. Bei einem Zentriwinkel von 47° werden 60% des bei vollflächiger Besäumung erlittenen Verlusts ausgeglichen. Wenig unter 40° steigt die Kurve auf 100%. Das heisst, dass der bei vollflächiger Besäumung erlittene Verlust vollausgeglichen ist und der erzielte Kantholzquerschnitt dem eingesetzten Rundholzquerschnitt entspricht. Unter 34° wird der erzielte Kantholzquerschnitt grösser als der eingesetzte Querschnitt.

Der zweite durch die Erfindung erzielte Vorteil ist die Verbesserung der Oberflächengestalt des Kantholzes. Wenn man den Schnitt quer zur Lagenebene einerseits durch das Zentrum eines der Abschnitte und andererseits durch den Bereich der Verleimung mit dem benachbarten Abschnitt legt, erhält man drei völlig ebene Kantholzseiten, während die vierte einen Zwickelhohlraum enthält. Da dieser Zwickelhohlraum irgendwo innerhalb dieser vierten Seite liegt, macht er sich nicht so störend bemerkbar wie die bei bisher üblichen Kanthölzern in Kantennähe auftretenden Abrundungen. Eine bessere und sichere Anlage des Kantholzes an anderen Bauteilen ergibt sich nämlich, wenn irgendwelche Flächenstörungen innerhalb der Fläche und nicht an den Kanten liegen.

Ein dritter Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Festigkeit des erfindungsgemässen Kantholzes gegenüber biegender und knickender Beanspruchung grösser ist, weil die Fehlstellen im Rechteckquerschnitt, die durch die teilweise abgerundete Begrenzung bedingt sind, in geringerer Entfernung von der neutralen Mittelzone des Querschnitts auftreten.

Es ist zweckmässig, die Besäumungsflächen für die seitliche Verleimungsbesäumung und für die Scheitelbesäumung der Abschnitte in Umfangsrichtung etwa gleich lang auszuführen. Jedoch kann es insbesondere dann, wenn der Schnitt quer zur Lage der verleimten Abschnitte einerseits durch das Abschnittszentrum und anderseits durch den Verleimungsbereich geführt wird, vorteilhaft sein, die Scheitelbesäumung etwas stärker auszuführen, um dem Kantholz gleich Seitenlängen zu geben. Stattdessen kann man auch von einem Rundholzabschnitt ausgehen, dessen Scheitelhöhe (Dicke quer zur ebenen Begrenzung) entsprechend geringer ist als die halbe Querschnittslänge der ebenen Begrenzung.

Es ist bekannt, dass man die Verleimungszeit durch Beheizung der Lage in der Leimpresse verringern kann. Jedoch ist bei Anwendung bisher bekannter Verfahren der dadurch erzielbare Zeitgewinn beschränkt, weil Holz ein schlechter Wärmeleiter ist und daher der Wärmetransport von der Oberfläche der zu verleimenden Lage bis zu den Leimstellen ent5

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sprechend lange dauert. Erfindungsgemäss lässt sich diese Zeit beträchtlich abkürzen, indem man ein Heizmedium durch die Zwickelhohlräume führt. Diese sind den Leimflächen unmittelbar benachbart, so dass die Wärme des Heizmediums unmittelbar an den gewünschten Ort gelangen kann. Als Heizmedium kommt in erster Linie Heissluft in Frage. Auch Dampf kann erwogen werden, wenn feuchtigkeitsbeständiger Leim verwendet wird. Dasselbe Prinzip kann angewendet werden, wenn eine Trocknung des Blocks angestrebt wird. In diesem Fall wird ein Trocknungsmittel, beispielsweise ebenfalls beheizte Luft, durch die Zwickelhohlräume geführt. Diese Verfahren können auch angewendet werden, wenn mehrere Lagen zu einem Block zusammengelegt sind. Wichtig ist dabei eine etwa gleichmässige Grösse der Zwickelhohlräume. Diese kann dadurch gewährleistet werden, dass die Rundhölzer, bevor die Abschnitte daraus geschnitten werden, zylindrisch gefräst werden, wie es an sich bekannt ist.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 das oben bereits erläuterte Diagramm,

Fig. 2 einen vergleichsweise grossen Rundholzquerschnitt, Fig. 3 eine daraus gefertigte Lage von Rundholzabschnitten,

Fig. 4 einen kleineren Rundholzquerschnitt und Fig. 5 zwei daraus gefertigte Lagen von Rundholzabschnitten.

Aus Rundholzquerschnitten gemäss Fig. 2, die wesentlich grösser sind als die doppelte Kantenlänge der herzustellenden Kanthölzer, erhält man durch zwei Schnitte 1, 2 ausser den beiden Rundholzabschnitten 3 eine Kernbohle 4, die in üblicher Weise verwendet werden kann. Zweckmässigerweise wird der Stamm vor dem Schneiden zylindrisch gefräst, so dass man völlig gleiche Abschnitte 3 erhält. Diese werden anschliessend an den Seiten durch Schnitte 5 und am Scheitel durch einen Schnitt 6 gesäumt. Anschliessend werden sie in Lagen gemäss Fig. 3 zusammengelegt. Eine Lage enthält eine beliebige, grössere Anzahl von Abschnitten, die sich nach der Grösse der zur Verfügung stehenden Leimpresse richtet. Nach dem Verleimen werden die Lagen durch Schnitte 7 oder 8 zu Halbhölzern oder durch Schnitte 7 und 8 zur Viertelhölzern geschnitten. Die Halbhölzer haben, wenn die Schnitte gemäss den Linien 8 geführt werden, drei durchgehend ebene Seiten, während die vierte Seite zwei Hohlzwickel 9 enthält, aber dennoch gut verwertbar ist, weil ihre Kanten 10 unversehrt sind.

Wenn die Halbhölzer durch Schnitte gemäss den Linien 7 erzeugt werden, haben die beiden längeren Seitenflächen des Querschnitts je einen Zwickelhohlraum 9. Während das durch die Schnitte 8 erzeugte Halbholz den Vorteil einer grösseren 5 Zahl ebener Flächen besitzt, hat das durch die Schnitte 7 erzeugte Halbholz, den Vorteil der Rotationssymmetrie und des geringeren Verzugs.

Wenn Viertelhölzer durch Schnitte 7 und 8 erzeugt werden, haben diese jeweils drei unversehrte Seitenflächen, wäh-lo rend die vierte Seitenfläche einen Zwickelhohlraum 9 enthält. Jedoch hat auch diese Seite unversehrte Seitenkanten 10 und 11 und ist daher gut verarbeitbar.

Kleinere Rundhölzer gemäss Fig. 4, die ebenfalls zweckmässigerweise zuerst zylindrisch gefräst werden, werden mittig 15 geschnitten 12. Danach werden die hälftigen Rundholzabschnitte 13 seitlich und am Scheitel besäumt, wie es oben erläutert wurde und zu Lagen gemäss Fig. 5 zusammengesetzt. Die verleimten Lagen werden anschliessend, wie oben erläutert, weiterverarbeitet zu Kantholz. Man erkennt in Fig. 5, dass 20 selbst Zentriwinkel von weniger als 30° zu beträchtlichen und meist ausreichenden Verleimungsflächen führen.

Selbstverständlich können Leimpressen verwendet werden, in denen jeweils nur eine Lage verarbeitet wird und bei denen gegebenenfalls die Wärme durch eine Kontaktheizung auf die 25 zu verleimende Lage übertragen wird. Bevorzugt wird es jedoch, mehrfach Lagen blockweise aufeinander zu schichten und gemeinsam in einer grösseren Leimpresse zu behandeln, in welcher die Wärme durch Heissgas zugeführt wird, welches in einem vorzugsweise geschlossenen Kreislauf mittels eines 30 Gebläses durch die Zwickelhohlräume getrieben wird.

Das Rundholz wird zweckmässigerweise in Standardlängen, entsprechend der Länge der Leimpresse, verarbeitet. Wenn kürzere Längen als die Standardlänge verlangt werden, werden die Lagen zweckmässigerweise vor dem Schneiden des Kant-35 holzes abgelängt, wobei der Endverschnitt der Lagen in Schichten quer zur Längsrichtung der Rundholzabschnitte zerschnitten wird zur Bildung von Holzpflasterelementen für Fussböden.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann leicht vollautoma-40 tisch durchgeführt werden. Stammstücke geeigneter Länge werden automatisch in Dickengruppen sortiert, gruppenweise zylindrisch gefräst, in Längsrichtung geschnitten, besäumt und schliesslich zu Lagen zusammengesetzt, die nach dem Verleimen auf die gewünschte Länge geschnitten und zu Kantholz 45 verarbeitet werden.

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1. Verfahren zum Verarbeiten von Rundholzabschnitten, deren Umfang im Querschnitt von einer Geraden und einer Bogenstrecke gebildet ist, zu Kantholz, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Abschnitte (3) im Bereich der Bogenstrecke seitlich symmetrisch unter entgegengesetzt gleichen Winkeln besäumt (5), in Lagen wechselnd mit entgegengesetzter Richtung zusammengesetzt und an den besäumten Flächen miteinander verleimt werden,

b) wobei die besäumten Flächen auf eine geringere Um-fangslänge beschränkt werden, als es der Lagendicke entsprechen würde,

c) und dass die Lagen anschliessend zu Kantholz geschnitten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangslänge einer besäumten Fläche im Mittel nicht grösser als 31 % der Gesamtlänge der Bogenstrecke der Abschnitte ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangslänge einer besäumten Fläche im Mittel nicht grösser als 28% der Gesamtlänge der Bogenstrecke der Abschnitte ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangslänge einer besäumten Fläche im Mittel geringer ist als 25 % der Gesamtlänge der Bogenstrecke der Abschnitte.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte am Scheitel auf etwa derselben Umfangslänge wie an den Seiten besäumt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Schnitt (8) zur Bildung eines Kantholzes im Bereich der Verleimung zweier benachbarter Abschnitte geführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheitel der Abschnitte so stark besäumt (6) wird, dass die Lagendicke (14) etwa halb so gross ist wie der Teilungsabstand (7-7 bzw. 8-8) benachbarter Abschnitte (3, 13).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen zur Verleimung und/oder Trocknung blockweise zusammengelegt und durch die von den unbesäumten Umfangsbereichen der Abschnitte gebildeten Hohlzwickel (9) hindurch mit einem Heiz- bzw. Trocknungsmedium beaufschlagt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rundholz vor dem Besäumen zylindrisch vorbearbeitet wird.